Characterization and evolution of the aerenchyma diaphragm of the stem in Eleocharis (Cyperaceae)

• Published in: Rodriguésia Vol. 75
• Main Authors: Marcondes, Jaqueline Priscila Bispo de Almeida Cardoso, Trevisan, Rafael, Moço, Maria Cecília de Chiara, Peletti, Giovanna Wisniewski, Bona, Cleusa
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro 2024
• Subjects: anatomy; aquatic macrophytes; evolution; micromorphology; stellate cells
• ISSN: 0370-6583; 2175-7860
• DOI: 10.1590/2175-7860202475011

Abstract Aerenchyma is a characteristic tissue of aquatic plants, characterized by the presence of air lacunae commonly septated by diaphragms. These are formed by one or more layers of stellate cells, which allow for the passage of gases. Most species of Eleocharis grow in wet or flooded soils and have aerenchyma in their aerial stems. However, extensive studies on this structure, which could contribute to ecological and phylogenetic studies of the group, are lacking. This work describes the structure of the diaphragm in the stem of Eleocharis species and investigates the evolution of this characteristic in the genus. Fifty-three species were analyzed under light and scanning electron microscopy. We analyzed the evolution of the characteristics by reconstructing their ancestral states based on the previously published original phylogeny. The diaphragms in Eleocharis vary mainly in the number of layers, cell shape, and cell wall thickness. The typical diaphragm of the genus is composed of three to four layers of stellate cells, with microprojections and secretory cells. The diaphragm of the group’s ancestor had practically the same characteristics as the genus’s typical diaphragm.
Resumo Aerênquima é um tecido comum nas plantas aquáticas, caracterizado pela presença de lacunas de ar comumente septadas por diafragmas. Esses, são formados por uma ou mais camadas de células, geralmente braciformes, que permitem a passagem de gases. A maioria das espécies de Eleocharis cresce em solos úmidos ou inundados e apresenta aerênquima no caule. No entanto, essa estrutura carece de estudos amplos que poderiam contribuir aos estudos ecológicos e filogenéticos do grupo. Este trabalho descreve a estrutura do diafragma no caule de espécies de Eleocharis e investiga a evolução desse caractere no gênero. 53 espécies foram analisadas em microscopia de luz e eletrônica de varredura através de secções transversais e longitudinais do caule. A análise da evolução dos caracteres foi feita pela reconstrução de estado ancestral, baseada na filogenia original anteriormente publicada. Os diafragmas em Eleocharis variam principalmente em número de camadas, formato das células e espessura da parede celular. O diafragma típico do gênero é composto de três a quatro camadas de células braciformes lobadas, com microprojeções e células secretoras. O diafragma do ancestral do grupo apresentava praticamente as mesmas características do diafragma típico para o gênero.