Botanica Pacifica

Research paper

Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2023. 12(1):39-46
Article first published online: 04 MAY 2023 | DOI: 10.17581/bp.2023.12116

Development of the leaf forerunner tip (Vorläuferspitze) in Curio affinities (Asteraceae: Senecioneae), a structure unique to dicots

Alexey P. Fedotov 1,2 ORCID, Lyudmila V. Ozerova 3 ORCID & Alexander C. Timonin 2 ORCID

1 Institute for Information Transmission Problems RAS (Kharkevich Institute), Moscow, Russia
2 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
3 Tsitsin Main Botanical Garden RAS, Moscow, Russia

Forerunner tip, known also as Vorläuferspitze (Germ.), is a distinct usually unifacial part of a leaf which outraces all other its definitive constituents during leaf development and plays a central role in the modern models of leaf development in monocots. It is supposed to be absent in eudicots, but recent data indicate that at least genus Curio is an exception. Unlike monocots, the forerunner tips in this genus become unifacial without activity of the adaxial meristem. The scrutinized morphological and anatomical investigation revealed that precocious differentiation and unifacial structure which are widely used in identifying the forerunner tip are necessary but insufficient criteria of the structure concerned. Two additional criteria for recognition of the forerunner tip are proposed, viz. the forerunner tip takes significant part of the upper leaf zone immediately after the completion of its development and it remains distinguishable at all subsequent stages of leaf morphogenesis.

Федотов А.П., Озерова Л.В., Тимонин А.К. Развитие предшественника верхушки листа (Vorläuferspitze), уникальной структуры для двудольных, у представителей Curio (Asteraceae: Senecioneae). Предшественник верхушки листа (Vorläuferspitze на нем.) – это отдельная, обычно унифациальная часть листа, которая опережает все другие части листа в развитии и играет центральную роль в современных моделях развития листа у однодольных. Предполагается, что он отсутствует у двудольных, за исключением, как показывают последние данные, рода Curio. В отличие от однодольных, предшественник верхушки листа у этого рода становится унифациальным без активности адаксиальной меристемы. Проведённое тщательное морфологическое и анатомическое исследование показало, что критерии раннего заложения и унифациальности, которые широко используются для выявления предшественника верхушки листа, являются необходимыми, но недостаточными для выявления рассматриваемой структуры. Мы предлагаем два дополнительных критерия для выявления Vorläuferspitze: сразу после завершения развития Vorläuferspitze занимает значительную часть верхней зоны листа, кроме того, он остается различимым на всех последующих стадиях морфогенеза листа.

Keywords: forerunner tip, Vorläuferspitze, leaf development, unifacial, upper leaf zone, lower leaf zone, Curio, предшественник верхушки листа, развитие листьев, унифациальность, верхняя зона листа, нижняя зона листа

PDF   


References

Barykina, R.P., T.D. Veselova, A.G. Devyatov, Kh.Kh. Dzhalilova, G.M. Iljina & N.V. Chubatova 2004. Handbook of botanical microtechnique. Principles and methods. MSU Publishing, Moscow, 312 pp. (in Russian). [Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина Г.М., Чубатова Н.В. 2004. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. Москва: Издательство МГУ. 312 с.].

Bharathan, G. 1995. Does the monocot mode of leaf development characterize all monocots? Aliso 14(4):271-279. CrossRef

Bloedel, C.A. & A.M. Hirsch 1979. Developmental studies of the leaves of Sagittaria latifolia and their relationship to the leaf-base theory of monocotyledonous leaf morphology. Canadian Journal of Botany 57(4):420-434. CrossRef

Charlton, W.A. 1992. The rachis-leaves of Lilaeopsis brasiliensis (Glaziou) J.M. Affolter (Apiaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 109(2):259-280. CrossRef

Conklin, P.A., J. Strable, S. Li & M. Scanlon 2019. On the mechanisms of development in monocot and eudicot leaves. The New Phytologist 221(2):706-724. CrossRef

Crang, R., S. Lyons-Sobaski & R. Wise 2018. Plant anatomy: A concept-based approach to the structure of seed plants. Springer International Publishing, Cham, 732 pp. CrossRef

Eberwein, R.K. 2019. 'What is a unifacial leaf?' In: Plant anatomy: traditions and perspectives. Materials of the International Symposium dedicated to the 90th anniversary of Prof. Ludmila Ivanovna Lotova (A.C. Timonin & D.D. Sokoloff, eds), pp. 62-64, MaxPress, Moscow.

Esau, K. 1977. Anatomy of seed plants. John Wiley & Sons, Inc. Fedotov, A.P., L.V. Ozerova & A.C. Timonin 2016. Leaf development in Curio articulatus (L. f.) P. V. Heath (Asteraceae - Senecioneae). Wulfenia 23:135-146.

Franck, D.H. 1976. The morphological interpretation of epiascidiate leaves. An historical perspective. The Botanical Review 42(3):345-388. CrossRef

Hagemann, W. 1970. Studien zur Entwicklungsgeschichte der Angiospermenblätter. Ein Beitrag zur Klarung ihres Gestaltungsprinsips. Botanische Jahrbücher 90:297-413.

Hillson, C.J. 1979. Leaf development in Senecio rowleyanus (Compositae). American Journal of Botany 66(1):59-63. CrossRef

Jernstedt, J.A., E.G. Cutter, E.M. Gifford & P. Lu 1992. Angle meristem origin and development in Selaginella martensii. Annals of Botany 69(4):351-363. CrossRef

Kaplan, D.R. 1973. The problem of leaf morphology and evolution in the monocotyledons. The Quarterly Review of Biology 48(3):437-457. CrossRef

Kaplan, D.R. 2001. Fundamental concepts of leaf morphology and morphogenesis: A contribution to the Interpretation of molecular genetic mutants. International Journal of Plant Sciences 162(3):465-474. CrossRef

Knoll, F. 1948. Bau, Entwicklung und morphologische Bedeutung unifazialer Vorläuferspitzen an Monokotylenblättern. Oesterreichische botanische Zeitschrift (95):163-193. CrossRef

Kumar, V., D.K. Awasthi & Y.S. Murty 1984. Shoot apex, leaf development and unifacial tip in Agave wightii Drumm. et Prain (Agavaceae). Botanical Magazine 97(4):437-446. CrossRef

Melo-de-Pinna, G.F.A., J. Hernandes-Lopes, A.S. Ogura, L.K. Santos, D.C. Silva & T. Haevermans 2016. Growth patterns and different arrangements of vascular tissues in succulent leaves. International Journal of Plant Sciences 177(8):643-660. CrossRef

Napp-Zinn, K. 1973. Anatomie des Blattes. II. Blattanatomie der Angiospermen. A. Entwicklungsgeschichtliche und topographische Anatomie des Angiospermenblattes. In: Handbuch der Pflanzenanatomie. Bd. 8, Teilband 2, Lief. 2 (H.J. Braun, S. Carlquist, P. Ozenda & I. Roth, Hrsg.), Gebrüder Borntraeger, Berlin, Stuttgart.

Ozerova, L.V. & A.C. Timonin 2009. On the evidence of subunifacial and unifacial leaves: developmental studies in leaf-succulent Senecio L. species (Asteraceae). Wulfenia (16):61-77.

Raciborski, M. 1900. Über die Vorläuferspitze. Flora 87(1):1-25.

Roth, I. 1949. Zur Entwicklunsgeschichte des Blattes, mit besonderer Berücksichtigung von Stipular- und Ligularbildungen. Planta 37(3):299-336. CrossRef

Roth, I. 1957. Relation between the histogenesis of the leaf and its external shape. Botanical Gazette 118(4):237-245. CrossRef

Rudall, P. & M. Buzgo 2002. Evolutionary history of the monocot leaf. In: Developmental genetics and plant evolution (J. Hawkins, Q. Cronk & R. Bateman, eds), pp. 431-458, CRC Press. CrossRef

Ruzin, S.E. 1999. Plant microtechnique and microscopy, Oxford University Press.

Sharman, B.C. 1943. Tannic acid and iron alum with Safranin and Orange G in studies of the shoot apex. Stain Technology 18(3):105-111. CrossRef

Tillich, H.-J. 1998. Development and organization. In: Flowering plants: Monocotyledons (K. Kubitzki, ed.), pp. 1-19, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. CrossRef

Timonin, A.C. & L.V. Ozerova 1993. Structure, origin, and evolution of valvular leaves in the Rowleyani C. Jeffrey section of of the genus Senecio L. (Asteraceae). Izvestiya Rossijskoj Akademii Nauk. Seriya biologicheskaya 3:393-401 (in Russian). [Тимонин А.К. & Озерова Л.В. 1993. Строение, происхождение и эволюция вальковатых листьев в секции Rowleyani C. Jeffrey рода Senecio L. (Asteraceae) // Известия Российской Академии Наук. Серия биологическая. № 3. С. 393-401].

Troll, W. 1937. Vergleichende Morphologie der höheren Pflanzen. Band 1. Vegetationsorgane. Gebrüder Bornträger, Berlin.





© The Author(s). 2023 Open Access (CC) BY-NC license: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/