Concetti Chiave
- La crescita delle piante è divisa in crescita determinata e indeterminata, basata sui meristemi che sono regioni di crescita apicale con cellule indifferenziate.
- I meristemi primari e secondari sono responsabili rispettivamente della crescita in lunghezza e in larghezza, influenzando la struttura della pianta.
- Arabidopsis thaliana è una pianta modello grazie alle sue dimensioni ridotte, ciclo vitale breve e genoma ben studiato, essenziale per la ricerca genetica.
- Le cellule meristematiche vegetali sono totipotenti, simili alle cellule staminali animali, capaci di differenziarsi in vari tipi cellulari vegetali.
- Il de-differenziamento e il differenziamento cellulare sono processi chiave nella rigenerazione e crescita delle piante, influenzati da stress e fitormoni.
Indice
Il ciclo vitale di una pianta
Crescita determinata= una prima ondata di proliferazione cellulare, dopo subentra una fase di crescita di distensione. Raggiunta la soglia di cellule, la crescita cessa.
Crescita indeterminata= si verifica e si osserva in punti particolari che sono i meristemi (regione di crescita apicale) costituita da cellule indifferenziate in attiva proliferazione, che danno origine a tutti i tipi cellulari presenti nella pianta.
Meristemi primari responsabili della crescita primaria si localizza sulla punta del germoglio e della radice e nelle appendici laterali.
Meristemi secondari sono responsabili della crescita in larghezza che dipende dai meristemi laterali costituiti dai cilindri di cellule meristematiche dello stelo legnoso e della radice.
Crescita primaria
La divisione delle cellule meristematiche dell’apice del germoglio porta alla crescita dello stelo e al differenziamento dei primordi fogliari. Tra i primordi fogliari e lo stelo che si allunga si trovano le gemme ascellari (dotate di meristemi) che producono rami e fiori.Quando il germoglio emerge dal seme, la crescita primaria si verifica per divisione delle cellule meristematiche dell’apice radicale. Al di sopra del meristema radicale, le cellule crescono per distensione e non si dividono. Lo strato più esterno di cellule allungate costituisce l’epidermide da cui si sviluppano i peli radicali. Altre cellule si specializzano formando floema e xilema.
Meristemi laterali
Il cambio vascolare è costituito da un popolazione di cellule meristematiche collocata tra xilema e floema in grado di dividersi, consentendo la crescita secondaria (radiale) della pianta.
Piante modello
Arabidopsis thaliana
- dimensioni ridotte che ne permettono la coltivazione in spazi limitati ed artificiali (es. camere di crescita);- ciclo vitale breve (6-8 settimane, 6-8 generazioni all’anno;
- produce centinaia di semi;
-corredo aploide di 5 cromosomi (26.000 geni);
- nel corso dell’evoluzione sono avvenuti due eventi di poliploidizzazione (180 e 112 MYA);
- il 17% dei geni duplicati deriva da eventi di amplificazione genica;
Circa il 70% del genoma è codificante.
Totipotenza della cellula vegetale
Le cellule meristematiche vengono paragonate alle cellule staminali degli organismi animali che si studiano in determinati step dello sviluppo embrionale.Cellule totipotenti: danno origine a tutti i tipi di cellule presenti in organismi.
Cellule pluripotenti: non possono dare origine ad un nuovo organismi (ma solo cellule specializzate).
Nella cellula vegetale
Le cellule somatiche vegetali possiedono la capacità di rigenerare un intero organismo.Plasticità= possono riprogrammarsi.
Il botanico Gottlieb Haberlandt è stato il primo a ottenere l’evidenza sperimentale della totipotenza coltivando le cellule vegetali in soluzioni nutrienti nella speranza di rigenerare l’intera pianta (1902).
I substrati nutritivi
L’essenza di una soluzione nutriente in grado di supportare la crescita vegetali isolate e di frammenti di tessuti ha rallentato lo sviluppo delle colture in vitro.
Le cellule del mesofillo fogliare:
Non si dividono. In risposta a determinati stimoli, possiamo realizzare una risposta di cellule vegetali somatiche fortemente specializza possono essere indotte a de-differenziarsi e a dividersi.
De-differenziamento: processo che porta cellule da uno stato differenziato verso uno stato di cellula di tipo embrionale contrassegnato da cambiamenti morfologici e funzionali.
Differenziamento: somma dei processi di sviluppo che portano la cellula di tipo embrionale ad acquisire morfologia e funzioni altamente specializzate.
Il de-differenziamento cellulare è indotto da stress. Prelevando un espianto si induce uno stress, una lesione si ha informazione al nucleo che si riprogramma. I fitormoni saranno assorbiti dalle cellule andando a sviluppare proposte ben precise. La decondensazione della cromatina può avere effetti collaterali. Si ha una variabilità genetica dovuta ad una riattivazione dei trasposoni.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza tra crescita determinata e indeterminata nelle piante?
- Qual è il ruolo dei meristemi laterali nella crescita delle piante?
- Perché Arabidopsis thaliana è considerata una pianta modello?
- Cosa significa totipotenza nelle cellule vegetali?
- Come avviene il de-differenziamento nelle cellule vegetali?
La crescita determinata si verifica con un'ondata iniziale di proliferazione cellulare seguita da una fase di distensione, cessando una volta raggiunta una soglia di cellule. La crescita indeterminata avviene nei meristemi, dove le cellule indifferenziate proliferano attivamente, dando origine a tutti i tipi cellulari della pianta.
I meristemi laterali, come il cambio vascolare, sono responsabili della crescita secondaria o radiale della pianta, permettendo la divisione delle cellule tra xilema e floema.
Arabidopsis thaliana è una pianta modello per le sue dimensioni ridotte, ciclo vitale breve, produzione di molti semi, e un genoma ben caratterizzato con eventi di poliploidizzazione e un alto tasso di geni codificanti.
La totipotenza nelle cellule vegetali indica la capacità delle cellule meristematiche di dare origine a tutti i tipi di cellule presenti in un organismo, simile alle cellule staminali negli animali.
Il de-differenziamento è un processo indotto da stress che porta le cellule da uno stato differenziato a uno stato embrionale, caratterizzato da cambiamenti morfologici e funzionali, e può essere influenzato da fitormoni e variabilità genetica.
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