Appunti biologia vegetale

CRESCITA SECONDARIA:

larghezza

è in grazie a cilindri meristematici che si localizzano nel fusto.

Dove vanno a finire le cellule figlie che si determinano?

Dall’apice del germoglio esse vengono spinte verso il basso e man mano che

cambiano lentamente posizione iniziano a specializzarsi e formano gli organi della

pianta. Si sposta la massa man mano che si forma e danno origine agli abbozzi

fogliari. Le cellule nei loro plastidi inizieranno a produrre clorofilla e questi plastidi non

Questo consente la crescita dello stelo e il

specializzati diventeranno cloroplasti.

differenziamento delle foglie.

Una volta che il germoglio emerge dal seme, la crescita primaria si verifica nell’apice

radicale: si formano i tessuti con i peli radicali (sono una singola cellula che si

estroflette e assorbe l’acuqa, gli ioni minerali). L’involucro protegge le cellule

meristematiche molto delicate quando la radice cresce nel suolo dove ci sono

corpuscoli che possono danneggiare.

Il meristema dunque è il serbatoio che fornisce nuove cellule e popolazioni cellulari

che aumentano e poi si specializzano, ma serve anche per la crescita della pianta.

Nella drosophila vitale la situazione si complica, nel meristema apicale ci sono tre

strati: quello superiore dà origine alla cuticola e all’epidermide,

 quello beige si localizzano elementi fondamentali per il controllo e l’attività del

 meristema,

la parte centrale comprende le cellule meristematiche in divisione.

 Il puntino viola è formato da cellule che comunicano con le cellule

 meristematiche e controllano l’attività di queste ultime. Ci sono molecole

segnali che vengono inviate dal centro di organizzazione (quello viola) che è in

stretto contatto con il meristema.

È fondamentale tenere sotto controllo l’attività del meristema per la pianta

poiché serve per avere un determinato numero di cellule. Se lasciassimo che

continuano a dividersi si supererebbe una soglia critica e non avremmo più delle

cellule che si specializzano, ma una crescita di una sorta di tumore, un callo. Sarebbe

dunque una catastrofe per la pianta se il meristema non fosse tenuto sotto stretto

controllo.

Fotografia: P1, p2 sono gli abbozzi fogliari che si stanno sviluppando e specializzando,

in alto c’è il meristema.

I meristemi vengono attivati in condizioni estreme, come nel caso di incendi per

esempio.

Tutto questo è una manifestazione della totipotenza della cellula vegetale ,

ovvero la cellula vegetale totipotente ha la capacità di dividersi e le cellule che en

derivano si specializzano fino a generare un organismo completo. Una cellula

vegetale somatica, non germinale dunque, può essere indotta a dividersi e a produrre

cellule che si specializzano fino a rigenerare in vitro una pianta completa, ma ciò non

lo si può ottenere con le cellule animali poiché sono totipotenti solo all’inizio, non c’è

dunque la formazione di un organismo completo da esse.

Se abbiamo di fronte un tessuto e non sappiamo se è meristematico o specializzato lo

si può fissare e osservare quante volte otteniamo il quadro della divisione cellulare, se

è meristema ce ne sono molte.

Se un meristema della radice o del germoglio riesce a funzionare in condizioni

estreme corrisponde a una pianta altamente produttiva in campo. Dunque dipende

dallo stato di salute dei meristemi, da qui si apre un mondo.

Piastra Petri con un terreno nutriente gelifcato si può coltivare materiale



vegetale, ma di che tipo? Materiale non specializzato e in proliferazione. La

massa non ancora differenziata ha un colore diverso, si sono programmate

geneticamente magari, dunque si stanno spegnendo geni che controllano la

proliferazione e si accendono quelli che controllano la biosintesi della clorofilla e quelli

del differenziamento.

Si vede dunque come si può lavorare sulla totipotenza delle cellule vegetali, le si può

riprogrammare. Si può indurre la comparsa del germoglio, isolare le cellule del callo

(callo perché non è controllato) e poi produrre altre numerose piantine.

Cellule meristematiche dunque sono strumento di fondamentale importanza per le

moderne biotecnologie vegetali.

TOTIPOTENZA:

Totipotenza significa capacità di riprogrammare il proprio destino da parte della

cellula, dunque da una parte si può utilizzare un tessuto altamente specializzato

(come il tessuto fogliare che fa la fotosintesi) e con trattamenti specifici in vitro lo si

porta a un materiale non differenziato per poi riportarle in strutture altamente

specializzata.

Questa opportunità che il materiale vegetale offre è importante perché queste cellule

coltura in vitro

meristematiche sono alla base della di cellule vegetali ed è a

supporto delle moderne biotecnologie vegetali. produrre OGM

Sfruttando questa totipotenza delle piante possiamo , ovvero

organismi geneticamente modificati che sono migliorati, grazie al trasferimento di

DNA estraneo all’interno di quello dell’ospite.

La coltura in vitro e dunque la totipotenza delle cellule vegetali è così importante per i

vari tipi di tecnologie che producono organismi e in particolare piante geneticamente

modificate perché da una parte dobbiamo essere in grado di utilizzare la tecnica del

DNA ricombinante (con dei vettori), ma dall’altra dobbiamo avere un protocollo

ottimizzato di coltura in vitro. Per fare una pianta geneticamente modificata infatti si

predispone del DNA prodotto in vitro che deve essere trasferito dal donatore al

ricevente. È per questo che dobbiamo avere un buon protocollo di rigenerazione in

vitro per fare OGM. Dobbiamo dunque avere un buon protocollo di coltura in vitro delle

cellule vegetali che consenta di indurre la formazione delle strutture specializzate, poi

la tecnica del dna ricombinante e materiale genetico che ci interessa. Tutto questo

sfruttando la totipotenza vegetali. Tutti gli ogm che sono disponibili ad oggi sono stati

ottenuti perché i ricercatori avevano in mano un buon protocollo di osservazione,

ovvero le condizioni giuste.

Una volta che queste piante geneticamente modificate sono disponibili per utilizzarle

al meglio e ottenere in modo efficiente i prodotti possiamo ritornare alla coltura in

vitro e sfruttare di nuovo la totipotenza della cellula vegetale.

Le piante geneticamente modificate oltre al cotone e al mais sono anche quelle che

vengono utilizzate come fonti di interesse medico, farmaceutico, industriale. Dunque è

come se nella produzione di queste molecole bio-attive si sia esplorata l’azione del

sistema vegetale: l’insulina viene prodotta nei fermentatori da microorganismi

geneticamente modificati (batteri in particolare), ma qualcuno ha pensato al sistema

di coltivazione agricola per trovare sostanze attive per abbattere i costi di gestione dei

fermentatori o di altre cellule in vitro per produrre vaccini per esempio. Dunque hanno

trovato alternative.

Dalla totipotenza dunque abbiamo fatto un bel po’ di strada, qui si combinano le

conoscenze di due operatori diversi, a volte invece è uno solo.

Dunque con la tecnica del dna ricombinate (taglia e cuci e metti in un

plasmide e trasferirlo alle cellule vegetali) lavorando in vitro viene trasferito

il gene alle piante, se ho un buon protocollo di coltivazione e di

rigenerazione si ottengono organismi geneticamente modifcati. Possiamo

avere tantissime cellule trasformate, ma se non abbiamo un buon protocollo di

rigenerazione che sviluppano la totipotenza non si specializzeranno.

Lo step successivo è passare a una produzione su larga scala (coltivazione in campo).

Possiamo scoprire magari che la resa del nostro prodotto è fenomenale e dunque è

competitivo con gli altri già in mercato. Oppure possiamo tornare alla coltura in vitro

sotto forma di cellule indifferenziate, ovvero di calli (vedi foto). Ci sono dei bioreattori

per aumentare la scala di produzione e gestione di queste cellule. A un certo punto

poi sia che effettuiamo la raccolta di tessuti dalle piante in campo o terminato il ciclo

dei bioreattori e otteniamo le cellule o il terreno di crescita dovremo purificare il

prodotto in base alla richiesta del mercato. Arriviamo dunque alla produzione e alla

commercializzazione del prodotto.

Questa è una panoramica dell’applicazione delle tecnologie vegetali: sfruttando la

totipotenza delle cellule vegetali si parte dal laboratorio alla produzione e

commercializzazione.

Sempre con la totipotenza si hanno anche i vaccini “verdi”. Un po’ di tempo fa c’era il

problema dell’emergenza ebola: è stato testato un vaccino verde, ovvero prodotto in

pianta da una pianta geneticamente modificata, in questo caso tabacco. I vaccini

verdi, sono i vaccini commestibili e rappresentano una frontiera interessante delle

biotecnologie vegetali che si fondono con quelle farmaceutiche.

L’idea dei vaccini verdi nasce dall’idea di ridurre il tipo di problematiche, si è dunque

pensato di utilizzare la tecnologia per ottenere piante geneticamente modificate che

accumulano il principio attivo nel frutto, l’idea attuale è quella del babano, pianta

diffusissima nei paesi di sviluppo, ed è alla base della loro alimentazione anche per i

bambini, dunque sarebbe un veicolo di vaccini per la popolazione infantile.

Nel frattempo i ricercatori hanno fatto altre esperienze come nel tabacco che è il

sistema di elezione per provare delle idee poiché in quattro settimane abbiamo la

piantina geneticamente modificata per vedere se l’idea è buona o abbiamo dei punti

deboli. Poi siamo passati a delle patate, ma cruda non la consumiamo dunque

bisognava vedere come i principi attivi rispondevano alla cottura. Queste patate allora

sono state dirottate verso il mercato degli allevamenti. Hanno provato poi il

pomodoro, la lattuga, il fagiolo ma siamo ancora molto lontani dal banano poiché è

molto complesso il suo sistema in vitro, non è facile modularlo e indirizzare le risposte

in vitro di questo sistema.

Le piante sono una fonte incredibilmente variegata di tante molecole (principi attivi) e

hanno una funzione precisa quando entrano in contatto con la cellula, i principi attivi

che contengono vengono inglobati nelle cure tumorali. Esiste dunque la necessità di

produrli in condizioni vantaggiose e con un ridotto impatto ambientale. Una delle

argomentazioni portate a sfavore degli OGM è che minacciano la biodiversità. Ci si

indirizza verso una monocoltura, ma questo è già stato fatto in passato in cui la green

revolution ha dato un impulso fortissimo alla produzione agricola.

L’attacco alla biodiversità si ha quando si ricerca nella foresta amazzonica, utilizzando

le applicazioni delle biote