Biologia delle sementi - Appunti

AUTOINCOMPATIBILITA’

Incapacità di una pianta fertile, che si riproduce per seme, a originare zigoti a seguito

di autofecondazione

Sistema molto efficace per favorire l’allogamia, e di conseguenza per mantenere

variabilità genetica e ridurre gli effetti negativi dell’inbreeding

Molto diffusa nelle piante superiori

Controllo genetico/biochimico della reazione

Sistema gametofitico

Più comune

Controllato dall’allele S del granulo pollinico aploide (determinismo post-meiotico)

Coinvolti 1 (in genere), 2 o più loci. Molti alleli possibili

Sviluppo del tubetto pollinico possibile in qualunque stilo che non possiede lo stesso

allele

Il sito di riconoscimento è il tessuto stilare: il polline che si deposita sullo stimma ha

tempo di germinare e crescere per poi avere blocco o formazione t.p.

Nel 2° caso solo S2 riesce a fare t.p.

Sistema sporofitico

Controllata dal genotipo diploide del genitore pollinico (determinismo pre-meiotico,

dipende solo dal genotipo della pianta madre che ha determinate proteine recettrici)

Sviluppo del tubetto pollinico possibile solo negli stili che non hanno alleli in comune

con il genitore pollinico

Controllata da un singolo locus S con alleli multipli

Effetti di codominanza e/o dominanza tra alleli S

Sito di riconoscimento: stigma, lo sviluppo del t.p si arresta prima della penetrazione

nella parete

delle papille stigmatiche con la disidratazione e morte dei g.p.

Nel 1° caso il genotipo del polline è prodotto da

pianta S1S2 incompatibile con genotipo pianta madre

S1S3, nel 2° si ha inibizione dei g.p. anche se

abbiamo S2, nel 3 caso entrambi g.p. producono

tubetto

Relazioni di dominanza nella auto-incompatibilità Sporofitica

Pianta genotipo S1S2

S2 è dominante a S1 per il polline e i pistilli

t.p. non si forma no autofecondazione

Pianta genotipo S3S4

S4 dominante nell’antera

S3 domina S4 per i pistilli

Per queste diverse relazioni di dominanza il t.p si forma e può

autofecondarsi

Meccanismi Gametofitico: Struttura locus S

Vari modelli. Comune in Rosace e Solanace

Tutti i g.p. penetrano nello stigma ma lo sviluppo dei t.p. incopatibili viene arrestato

nello stilo per via dell’espressione di RNasi codificate dal locus S (determinante

femminile)

Le RNasi contengono una regione ipervariabile che è alla base della specificità del

locus (s1, S2, S3..)

Le diverse RNasi entrano nel tubetto ma quelle non coinvolte nell’incompatibilità sono

inattivate da un inibitore (codificato dal determinante maschile)

Meccanismo di reattività

Nel genotipo il determinante femminile (RNasi) è a valle mentre quello maschile a

monte (dato da più elementi, ciascuno di questi trascrive diversi inibitori delle RNasi

però non della sua)

RNasi prodotte nello stilo entrano nel t.p.:

RNasi inibita da inibitore Fecondazione

Determinante maschile non produce inibitore per la sua stessa RNasi t.p.

Inibizione

Sistema Sporofitico: struttura locus S

Costituta da 3 loci strettamente linked:

SLG (glicoproteina del locus S) che codifica parte

del recettore della parete cellulare dello stigma

SRK (chinasi del recettore) che codifica l’altra

parte del recettore (le chinasi attaccano gruppi

fosfatici ad altre proteine); SRK è una proteina

transmembrana

SCR (proteina del locus S ricca in cisteina) che

codifica per un ligando solubile dello stesso

recettore

La differenza tra alleli S risiede in regioni

ipervariabili del recettore

Meccanismo di reattività La pianta madre del polline (S1S2)

sintetizza sia SCR1 che SCR2 che

vengono incorporati (e poi

rilasciati) sia nei granuli S1 che S2

Se una delle 2 molecole SCR si

lega all’uno o all’altro recettore

nel pistillo (SLG), la chinasi avvia

una serie di eventi che rendono

impossibile per stigma la

germinazione del g.p.

Se la reazione non è avviata (ad

esempio quando il polline di una pianta S1S2 viene a contatto con uno stigma S3S4) il

polline può germinare normalmente

Sfruttamento

Usata dove non si può usare maschio sterilità

Se noi alterniamo file di linee auto-incompatibili, gli individui non si riescono a

autofecondare però possono scambiare polline e fecondare la linea che sta a fianco

Vantaggio possiamo raccogliere seme ibrido sia sulla linea portaseme A che sulla

linea portaseme B (nuclearmente uguale, l’unica cosa che può cambiare è il

citoplasma)

In questo caso non c’è tara della pianta impollinanti e miglior sfruttamento della

superficie destinata alla produzione di seme

Svantaggio autoincompatibilità non può essere mai al 100% perché può essere

ridotta da stress abiotici e dall’età pt.

L’autoincompatibilita ha un picco nella fase centrale della fioritura mentre nelle code

(prima e dopo il picco) si abbassa, tempo di fioritura delle due linee deve essere ben

sincronizzato

Per il mantenimento di linee pure si sfrutta questa imperfezione del meccanismo di

autoincompatibilità: impollinazione in boccio (si apre fiore e in questa fase

l’autoincompatibilità non è ancora forte

Sennò ci sono altri metodi come trattamenti con calore, esposizione ad elevata

concentrazione di CO2.

OGM

Colture: Soia, mais, cotone, colza

Paesi: USA, Brasile, Argentina, Canada, India

Le caratteristiche per le quali si hanno OGM sono: resistenza patogeni, tolleranza

erbicidi, combinazione dei due (stacked events- più di un evento transgenico in una

varietà mediante incrocio tra due parentali che contengono due transgeni diversi)

Un organismo transgenico contiene una alterazione del suo patrimonio genetico

ottenuta con modalità che non si verificano in natura (agrobacterium, particle gun)

Transgene= gene trasferito proviene da un organismo diverso

Cisgene= dalla stessa specie

Esempio Canada

Con mutagenesi possibile avere individuo con resistenza ad un’erbicida (non

classificato OGM), stessa cosa possiamo ottenerla con transgenica, abbiamo

resistenza a glifosate (OGM)

In Canada è considerata tutto OGM cioè tutto ciò che non c’è in natura, quindi si parla

di novel traits che vengono trattati in base alla loro pericolosità presunta per l’uomo e

ambiente

Metodi di trasformazione:

1) Agrobacterium

a) Induce tumori a seguito di trasferimento alle cellule vegetali di un plasmide

b) Plasmidi “disarmati” sono stati sviluppati come vettori

2) Metodo biolistico

a) Particelle metalliche rivestite di DNA

b) Le particelle sono sparate nelle cellule vegetali

3) Trasferimento di DNA a protoplasti

a) Produzione di protoplasti

b) Alterazione della permeabilità delle membrane cellulari

c) Penetrazione del DNA

Poiché solo poche cellule diventano trasformate, è necessario disporre di marcatori per

cui fare la selezione (es: antibiotici o erbicidi)

Con l’Agrobacterium singola inserzione avremo inserzione con infezione, con il particle

gun multiple (microparticelle rivestite di DNA proiettate nelle cellule vegetali)

Dopo questa trasformazione, bisogna individuare le cellule che hanno subito

trasformazione (avvenuta inserzione nel genoma) quindi vengono trasferiti anche

marcatori per poter fare selezione in vitro (solo le cellule contenenti il DNA

ricombinante sopravvivono e si moltiplicano) per poi avere rigenerazione delle

plantule da callo ed ottenere pianta adulta con nuovo carattere

L’evento di inserzione nel genoma della pianta con queste tecnologie avviene in

maniera casuale, per cui è unico.

La cellula trasformata (nel cui genoma è avvenuta inserzione) e poi l’individuo

generato da essa sono emizigoti per il transgene (cioè in un diploide la sequenza

inserita è presente solo in uno dei due cromosomi)

La pianta deve essere rigenerata e portata in omozigosi per autofecondazione.

Una volta ottenuta la linea omozigote con il transgene, nelle ditte sementiere si

trasferiscono gli eventi transgenici nel maggior numero di materiali possibile

attraverso il metodo del reincrocio.

Nelle specie dove la varietà sono linee omozigoti, come nelle autogame (soia), anche il

transgene è omozigote

Negli ibridi F1 (mais) il transgene è spesso eterozigote, mentre le linee parentali sono

omozigoti

Attraverso l’incrocio è anche possibile combinare nella stessa linea/varietà 2 o più

transgeni (stacked events) che conferiscono caratteristiche diverse (resistenza erbicidi

+ tolleranza erbicidi)

Esempio di un ibrido F1 di mais con 3 eventi impilati (due diversi geni Bt e un gene

tolleranza erbicida)

Costrutto genico (più geni che codificano per caratteristiche diverse) costituito da:

Promoter, enhancer, gene (regione codificante), terminatore

Geni che vengono trasferiti:

1) Sequenze di controllo

i) Promotori, terminatori, introni

2) Geni per marcatori selezionabili

i) Resistenza verso antibiotici o verso erbicidi

3) Geni strutturali (nuove caratteristiche)

i) Enzimi

-Tolleranza erbicidi: epsps, gox bar, pat (glucosinate ammonio)

-Nuove vie metaboliche (accumulo grassi, acido oleico)

ii) Altre proteine

-Resistenza a parassiti: endotossine Bt

-Proteine capsidiche virali

iii) Costrutti antisenso

-anti-poligalatturonasi (pomodoro FLAVR SAVR)

iv) Agenti protettivi

-Proteine cold shock (CspB), tolleranza alla siccità

Roundup ready (soia) gene per resistenza glifosate sotto il promotore P-35S

(garantisce forte espressione in tutta la pianta) e parte codificante gene EPSPS

Biosafety Clearing House

Esistono diverse banche dati che si possono consultare per verificare gli eventi

transgenici in diverse specie.

Sul sito della Convention on Biological Diversity troviamo il Biosafety Clearing House

dove chiunque produca e registri organismi transgenici per utilizzo o sperimentazione,

deve immetterli del database dove possiamo fare delle ricerche aiutandoci con dei

filtri.

New Breeding Techniques NBT

Le nuove tecnologie di breeding comprendono fasi che si qualificano come

modificazione genetica dal momento che in qualche momento del DNA ricombinante è

introdotto nella cellula vegetale

In molti casi nuove varietà che ne risultano non sono in essenza differenti da quelle

che potrebbero essere ottenute con metodi tradizionali

Si possono avere 3 tipi di prodotti finali:

1. Genotipi contenenti nuovi tratti di DNA

2. Genotipi con mutazioni nel DNA

3. Genotipi senza nuovi tratti di DNA e senza mutazioni

NBT e UE

Con la mutagenesi il materiale genetico di un organismo è alterato in una maniera non

riscontrabile in natura, quindi si tratta di un OGM

Tuttavia la Direttiva sugli OGM non si applica