Door Dianne Hermance — bijgewerkt op 24 maart 2022

Bij planten en bepaalde algen bestaat er een duidelijke afwisseling van generaties, bestaande uit een diploïde sporofytfase en een haploïde gametofytfase. Seksuele voortplanting genereert gameten die samensmelten uit twee verschillende individuen, terwijl meiose haploïde sporen produceert die aanleiding geven tot de volgende generatie. Haploïde cellen dragen een enkele chromosoomset; diploïde cellen dragen er twee. Beide fasen verdelen zich mitotisch binnen hun respectieve structuren. De resulterende afwisseling creëert twee morfologisch verschillende plantvormen die identiek genetisch materiaal delen.

TL;DR

Planten wisselen af tussen diploïde sporofyten en haploïde gametofyten. De sporofytfase domineert bij vasculaire soorten, terwijl de gametofyt vaak de fotosynthetische eenheid is in niet-vaatplanten.

Diploïde sporofyten

De sporofyt is de diploïde generatie die meiose ondergaat in gespecialiseerde organen die sporangia worden genoemd. Dit proces levert haploïde megasporen en microsporen op. Megasporen ontwikkelen zich tot vrouwelijke gametofyten; microsporen worden mannelijke gametofyten. In vaatplanten zijn sporofyten doorgaans groter, robuuster en hebben een langere levensduur dan hun gametofyten-tegenhangers.

Haploïde gametofyten

Gametofyten zijn de haploïde fase, gevormd uit sporen die zich delen door mitose. Ze produceren gameten:eieren in het archegonium (vrouwelijk orgaan) en sperma in het antheridium (mannelijk orgaan). Bevruchting in het archegonium produceert een diploïde zygoot, die zich ontwikkelt tot de volgende sporofyt. Bij de meeste vasculaire soorten zijn gametofyten kleiner (vaak slechts een paar cellen), zoals stuifmeelkorrels bij bloeiende planten.

Vasculaire versus niet-vaatplanten

Vaatplanten hebben een dominante sporofyt die minder water nodig heeft. Bij gymnospermen bevindt de vrouwelijke gametofyt zich in de kegel (bijvoorbeeld pijnboompitten), terwijl het mannetje stuifmeel is. Angiospermen bevatten een kleine vrouwelijke gametofyt in de eierstok en mannelijk stuifmeel dat door de wind wordt verspreid. Daarentegen vertonen bryofyten (mossen, levermos, hoornkruid) een prominente haploïde gametofyt die fotosynthese uitvoert en via rhizoïden aan substraten verankert. Hun sporofyten zijn kleiner, vastgemaakt door een stengel en een sporangium, en zijn voor hun voedingsstoffen afhankelijk van de gametofyt.

Genetische regulatie van afwisseling

Onderzoek naar mossen heeft transcriptiefactoren van de KNOX-familie geïdentificeerd als belangrijke aanjagers van de ontwikkeling van sporofyten. In het model angiosperm Arabidopsis thaliana is het PKL-gen essentieel voor een goede vorming van sporofyten en de ontwikkeling van zowel mannelijke als vrouwelijke gametofyten. Lopende onderzoeken blijven de ingewikkelde genetische netwerken blootleggen die deze levenscyclustransities beheersen.