Che materia stai cercando?

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

e “sanno” perfettamente quando fermarsi, e una volta fermatesi non riprendono più a

dividersi. La forma delle cellule dipende dai piani di divisione e dalla velocità di divisione,

che creano diverse forme, oltre che dalla regolazione dei processi divisori a livello

genetico. Le divisioni possono essere simmetriche o asimmetriche, caso in cui le cellule

figlie sono diverse dalla cellula madre e anche tra loro, per forma e spesso anche per

contenuto citoplasmatico.

La prima divisione dello zigote è asimmetrica e questo si divide in una cellula apicale,

contenente le proteine e gli mRNA necessari per lo sviluppo embrionale, ed una basale,

con un grosso vacuolo. Le cellule possono comunicare tra loro tramite messaggi

molecolari e per questo motivo riescono a capire la propria posizione reciproca. Alcuni

esempi possono essere gli ormoni, che creano dei gradienti man mano che si allontanano

dalla cellula che i ha secreti e quindi possono agire da morfogeni.

Signalling posizionale

Come abbiamo già detto il differenziamento dipende dalla posizione che assume una

determinata cellula nell’embrione, quindi dal signalling posizionale, che viene dato creando

un gradiente ormonale. Esiste infatti un morfogeno, comune ad angiosperme e

gimnosperme, il cui gradiente regola la trascrizione e il differenziamento.

N.B.: la posizione in cui si trova una cellula determina anche il destino

differenziativo delle sue cellule figlie, che manterranno lo stesso

destino differenziativo della madre.

A livello embrionale gli unici organi che si formano sono i cotiledoni, tutti gli altri si formano

solo quando la pianta è adulta e le piante per questo hanno una crescita indefinita. Inoltre,

a differenza degli animali, mantengono staminali totipotenti per tutta la vita, anche se dal

punto di vista molecolare le staminali animali e vegetali sono molto simili, specialmente

per quanto riguarda la loro organizzazione (-> c’è una convergenza evolutiva). Le

staminali vegetali sono raggruppate in meristemi:

• SAM: meristema del germoglio (->aereo)

• RAM: meristema delle radici, organizzato in:

Centro regolativo: regola il numero di cellule staminali.

o Cellule staminali

o Cellule derivate

o

Lo stesso tipo di organizzazione del RAM si ritrova anche nelle cellule animali.

Durante lo sviluppo le cellule devono riconoscere in che posizione si trovano per

svilupparsi secondo tre pattern di sviluppo:

• Medio-laterale

• Apicale-basale

• Ventro-dorsale.

Le cellule si inseriscono in questi pattern grazie a specifici morfogeni.

Per studiare lo sviluppo embrionale bisogna fare un’attenta analisi morfologica e bisogna

identificare i geni regolatori dello sviluppo tramite i mutanti.

Da zigote polarizzato a embrione con strutture specifiche

L’embrione ha un asse embrionale che ha come estremità il SAM e il RAM e ha i

cotiledoni, che supportano le prime fasi della vita eterotrofa della pianta. Lo sviluppo

embrionale avviene in 4 fasi:

Morfogenesi: stabilisce l’asse embrionale e l’acquisizione della polarità SAM-RAM.

1. Maturazione del seme: accumulo di sostanze di riserva.

2. Disidratazione del seme (-> DORMIENZA)

3. Germinazione (-> crescita)

4.

In realtà, già dopo la morfogenesi l’embrione sarebbe pronto per germogliare, le altre tre

fasi servono per garantirne la sopravvivenza.

Lo sviluppo post-embrionale consta dell’organogenesi, quindi della produzione di organi a

partire dalle cellule staminali.

Fasi di crescita dello zigote:

Polarizzazione : riguarda il contenuto delle cellule e le loro dimensioni, entrambi

1. asimmetrici. Si formano, infatti:

Una cellula apicale , con setti di divisione specie-specifici, regolati

a. geneticamente. In Arabidopsis si hanno due divisioni longitudinali e una

trasversale, con la formazione di un ottante allo stadio di 8 cellule. Se le

divisioni non avvengono correttamente la mutazione è letale.

Una cellula basale, che si divide sempre allo stesso modo, con un asse

b. perpendicolare all’asse di allungamento.

Allungamento . Nella cellula basale avviene con asse perpendicolare all’asse di

2. allungamento, nella cellula apicale è specie specifico.

Ottante , stadio in cui la cellula apicale ha 8 cellule.

3. Divisioni delle cellule dell’ottante con piano perpendicolare rispetto al sospensore.

4. Inoltre ci sono cellule più esterne che si dividono secondo piani propri a causa di

eventi propri di espressione genica.

Ho già una determinazione del destino differenziativo.

A 64 cellule ho lo stadio detto “mid globular”, in cui c’è un inizio di definizione dei

5. tessuti: Procambio

a. Protoderma

b. Meristema fondamentale.

c.

Tutti questi tessuti derivano da cellule che esprimono geni diversi a seconda

della posizione che occupano. A questo stadio c’è anche la definizione di un

pattern radiale: le cellule esterne sono diverse da quelle interne.

Stadio triangolare , in cui ci sono la definizione di un a simmetria bilaterale e

6. l’abbozzo dei cotiledoni. Le cellule derivate dall’ipofisi daranno origine al RAM.

Stadio a torpedine , in cui l’embrione è ormai maturo e c’è la comparsa del SAM e

7. dei cotiledoni.

Stadio in cui si ripiegano i cotiledoni, in cui c’è una crescita dimensionale delle

8. cellule, mentre la crescita del numero delle cellule è blanda.

L’auxina

I mutanti si possono raggruppare per caratteristiche morfologiche nei seguenti gruppi:

• Delezione del SAM

• Delezione di ipocotile e radice

• Abolizione della polarità lungo l’asse longitudinale

Queste tre classi di mutanti sono letali e sono accomunate da errori nell’espressione di un

morfogeno, l’auxina, che dà un informazione posizionale alle cellule mediante gradienti di

concentrazione ed è coinvolta in tutti i processi di sviluppo. L’auxina è stata studiata

usando un promotore sintetico, DR5, con diverse porzioni di DNA che legano l’auxina e

inducono la trascrizione del gene a monte di DR5, che è un gene reporter, la GFP.

Se si ottiene la colorazione è presente l’auxina.

Così si può notare che nell’embrione vero e proprio la concentrazione di auxina è

massima, mentre nel sospensore l’accumulo è minimo. In generale, la produzione e

l’accumulo di auxina cambiano a seconda delle necessità dettate dalla fase di sviluppo.

Ma come fa l’auxina ad accumularsi in certi punti e in certe fasi? Come fa a cambiare

distribuzione in modo così specifico e dinamico?

E’ un ormone e in quanto tale si muove attraverso il sistema vascolare, ma non solo: si

può spostare anche da cellula a cellula grazie a dei trasportatori specifici. Infatti, nel

citoplasma l’auxina si deprotona perché il citoplasma è a pH7, conseguentemente viene

intrappolata nella cellula perché non è più in grado di attraversare la membrana

plasmatica e può essere accumulata. A questo punto perché l’auxina esca dalla cellula ci

devono essere dei trasportatori ATP-dependent che ne facilitino l’uscita. Se l’auxina c’è

vengono attivati determinati pathways di sviluppo. Questi trasportatori sono:

• PIN1

• PIN7

e sono entrambi carriers dell’efflusso dell’auxina.

Quando l’embrione è allo stadio di due cellule l’auxina va nella cellula apicale grazie a

PIN7. Invece a 8 cellule si accumula nell’embrione vero e proprio grazie a PIN7 e lì può

liberamente circolare grazie alla presenza di PIN1 (v. slide per i disegni esplicatori).

Quando si ha un embrione globulare PIN1 sta sulla membrana basale, e poi ancora si ha

un accumulo di auxina nell’ipofisi.

Questi trasportatori si possono visualizzare marcandoli con GFP e RFP (v. slide per le

localizzazioni).

Se c’è una mutazione di PIN1 si ha il fenotipo Gnom con una divisione poco asimmetrica

delle cellule. Il gene GNOM codifica per una proteina omologa a SEC7 (proteina del

lievito), coinvolta nella secrezione; GNOM è coinvolta nel traffico vescicolare: infatti PIN1 e

PIN7 dopo essere stati sintetizzati vengono trasportati sulla membrana plasmatica dal

Golgi, quindi se manca Gnom il trasporto è scoordinato e si collocano male,

conseguentemente viene sballato il normale collocamento dell’auxina.

Il mutante Monopteros ha una delezione di ipocotile e radice, quindi si ipotizzano

alterazioni della divisione e cellule disorganizzate e, in effetti, non si sviluppa il procambio.

Il gene mutato, detto MP, codifica per un fattore trascrizionale della famiglia degli ARF, che

promuovono la trascrizione solo in presenza di auxina. Vi sono anche altri fattori

trascrizionali che agiscono solo in presenza di auxina, come axr6 e bdl. Sono tutti geni che

se mutati sono letali.

Formazione del meristema apicale del germoglio

Ci sono molti mutanti letali in cui non si vede la formazione dei confini tra gli organi. I

mutanti senza cotiledoni sono detti CUC:

• CUC1

• CUC2

• CUC3

Codificano per tre fattori trascrizionali con funzione ridondante. I mutanti con tutti e tre

mutati non hanno i due cotiledoni separati, né il meristema né la zona di confine. In alcuni

casi si formano due foglioline alla base dei cotiledoni.

N.B.: questi geni sono implicati nella definizione dei confini

tra TUTTI gli organi e sono dipendenti dall’auxina.

Come’è fatto il meristema?

C’è un mutante, STM, che ha i due cotiledoni separati, ma in mezzo non c’è nessun

meristema, niente. Questo è un mutante letale, perché senza meristema non si può fare

nessun organo oltre ai cotiledoni.

STM è un gene espresso in tutto il meristema e serve a mantenerlo, poiché mantiene le

staminali indifferenziate.

(disegno del meristema con le sue parti v. slide)

Zone del meristema:

CZ= zona centrale, le cui cellule sono staminali e si dividono poco.

PZ= zona periferica, cellule derivate, in attiva divisione. Sono cellule meristematiche.

Lateralmente si formano prima i primordi degli organi (OP) e poi gli organi a partire dalle

cellule più vecchie, che sono spinte a lato e man mano che vengono spinte lateralmente

cominciano a differenziare.

RZ= meristema subapicale, in attiva divisione.

Le staminali sono posizionate in regioni specifiche dette nicchie, a livello delle quali ci

sono segnali extracellulari che mantengono le staminali indifferenziate. I confini della

nicchia sono stabili in quanto le cellule che ne escono cominciano a dividersi molto

velocemente e diventano cellule meristematiche; più si allontanano e più invecchiano, più

si differenziano verso gli OP.

Le cellule al di fuori della nicchia e che producono i segnali di mantenimento, definendone

quindi i confini, sono detti centri organizzatori.

Il punto cruciale in tutto questo è il mantenimento di un certo numero di cellule staminali e

in generale di tutto il meristema. Questo mantenimento vien portato avanti da STM

(shootmeristemless), che codifica per un fattore di trascrizione della famiglia degli

omeobox.

Come si fa a definire dove si devono formare gli organi? Prima ancora che si formi

l’organo ci sono le indicazioni per formarlo tramite l’accumulo di auxina nella zona del

primordio od organo incipiente. Dove c’è accumulo di auxina le cellule attivano i geni per la

differenziazione. Invece nella zona di confine si esprimono CUC1-2-3 e nel meristema

STM.

Ma torniamo al meristema e alle stem cells, che ne sono la componente fondamentale:

come vengono mantenute? E i confini della nicchia? Si è identificato un mutante senza

stem cells, wuschel (= cespuglioso), con:

• 2 cotiledoni

• 2 ammassi con 3 foglioline ciascuno: sono gli organi formabili dalle stem cells

disponibili, visto che le stem cells nel meristema si esauriscono subito.

Tuttavia a volte questi mutanti compensano in parte, così alla base di questi organi si

assiste alla regressione di alcune cellule già differenziate a cellule meristematiche e si

possono formare nuovi organi, così la pianta prende un aspetto cespuglioso, da cui deriva

il nome wuschel. Anche Wus codifica per un omeobox e viene espresso molto

precocemente nel meristema durante lo sviluppo embrionale, per poi continuare a venire

espresso per tutta la vita della pianta. Viene espresso al di sotto della nicchia,

nell’organizing centre, poiché è un organizzatore delle stem cells: organizza, mantiene e

definisce i confini della nicchia.

Ma come viene mantenuto il confine dell’espressione di Wus? Si sono individuati mutanti

con troppe staminali, come i Clavata: hanno 6 petali anziché 4, 10 stami anziché 6... tutti i

verticilli sono sballati con numeri maggiorati rispetto al normale. Col microscopio

elettronico si può osservare che questo mutante ha molte più staminali del normale. In

realtà però ci sono 3 tipi di Clavata: Clavata1, 2 e 3, che sono dovuti a mutazioni in geni

diversi ma presentano lo stesso fenotipo. Clavata 1 e 2 codificano per proteine

transmembrana, mentre Clavata3 è un piccolo peptide secreto dalla cellula.

Sia Wus sia i Clv sono coinvolti nel mantenimento del numero delle cellule staminali, che

deve essere costante. Probabilmente sono antagonisti tra loro: se manca uno dei due

l’altro viene overespresso e prevale. Si pensa che il modello sia così:

CLV3 CLV1/2 | WUS

Clv3 interagisce con Clv1/2 attivando il segnale che reprime Wus.

N.B.: in realtà i passaggi sono molti di più.

Tuttavia anche Clv3 è regolato e si pensa che Wus venga espresso solo nella nicchia: se

viene overespresso e sconfina fuori dalla nicchia viene attivato Clv3 e lo reprime.

N.B.: Questo è solo un modello, è basato su dati sperimentali e va

ancora verificato. Certo si può vedere guardando i dati molecolari

dell’espressione di Wus nel wt: nel clv1 la sua espressione è molto

maggiore! Per questo ha molte più staminali del normale.

Ok, ma a questo punto... Come fanno le cellule a sapere che devono smettere di dividersi

man mano che si allontanano dal meristema? C’è un controllo ormonale che deve tradursi

in un’inibizione. Qui si nota una convergenza evolutiva: i fattori che regolano questo

fenomeno sono le stesse sia nelle piante sia negli animali, ma si sono sviluppati

indipendentemente. L’ormone in causa è retinoblastoma (RBR), un oncogene che

controlla l’uscita dal ciclo cellulare reprimendo STM. Mutazioni con perdita di RBR

ritardano molto il differenziamento nelle piante, anche se non sono letali, cosa che fa

supporre che RBR sia ridondante. Se c’è un’overespressione, invece, causa un precoce

esaurimento delle cellule meristematiche.

Organogenesi

Come gli organi acquisiscono un’identità e una posizione specifica? Il morfogeno che

indica la zona dove si deve formare un primordio è l’auxina, regolata da PIN1 ed altri

carriers. Ma nello specifico? Come si forma tutta la biodiversità che abbiamo intorno a noi?

Sviluppo degli organi laterali: le foglie

Il fusto è diviso in nodi ed internodi, essendo i nodi i punti in cui si inseriscono le foglie con

una determinata fillotassi, ossia il numero di foglie e nodi e la posizione reciproca di essi

tra loro, che è costante in una specie e regolata geneticamente.

La molecola che regola il numero di foglie per nodo e la posizione reciproca è l’auxina, fin

dalle briofite, quindi è un meccanismo molto conservato. Picchi di auxina sono determinati

dalla disposizione dei PIN; tuttavia non si sa come avvenga la distribuzione dei PIN stessi,

anche perché continuano a cambiare posizione. Quali geni sono implicati in questo

fenomeno? Il processo è molto complesso, poiché implica la veicolazione corretta delle

vescicole di trasporto delle proteine di membrana. Quindi non è solo l’espressione del

gene che conta, ma anche il posizionamento dei PIN e il riciclo di membrana, che porta al

loro spostamento.

Facendo variare gli accumuli di auxina spazialmente e temporalmente si regola la

 variazione della fillotassi.

Questo meccanismo è valido sia per le monocotiledoni sia per le dicotiledoni ovviamente:

il punto di accumulo di auxina è il “primordio incipiente” e permane per un certo periodo,

poi c’è una ridistribuzione dei PIN, di modo che ci siano altri accumuli dove deve formarsi

un altro primordio incipiente.

Ma una volta che si forma il primordio? Le cellule devono “sapere” che fanno parte di una

foglia... ma anche all’interno di una foglia le cellule non sono tutte uguali! Ci sono dei

pattern di differenziamento a seconda della posizione nella foglia secondo i tre assi:

• Basale/apicale (nelle angiosperme picciolo e punta)

• Centro/laterale (nervatura principale, margini...)

• Adassiale/abassiale (corrisponde al nostro dorso/ventrale)

L’asse adassiale/abassiale designa le caratteristiche che dipendono dalle funzioni delle

cellule nella foglia: parenchima lacunoso (dorsale) o a palizzata (ventrale).

Ci sono tre livelli di organizzazione:

Numero e posizione delle foglie.

1. Assi (definiti a livello del primordio)

2. Forma della foglia, grandezza, se foglia semplice o composta, margini.

3.

La forma della foglia è determinata dalla diversa proliferazione delle cellule: nei punti più

stretti ci sarà meno proliferazione che in quelli più larghi per una diversa velocità di

divisione o per la cessazione delle divisioni. Quindi la forma della foglia dipende dalla

regolazione differenziale del ciclo cellulare.

Per quel che riguarda le foglie composte, si parte da una foglia unica in cui si formano

delle frastagliature, che si approfondano come “buchi” fino al picciolo, creando così la

foglia composta.

Stesso meccanismo dei margini frastagliati.

 Ci sono delle zone di confine che separano i diversi lembi, regolate da CUC1-2-3.

Il gene che regola il numero di divisioni cellulari è ANT (Aintegumenta).

C’è un altro aspetto... Le cellule devono assumere delle identità differenti.

Devono “sapere” in che punto della foglia sono.

 Si devono definire un lato adassiale ed uno abassiale immediatamente appena si

 forma il primordio.

Ma questo cosa vuol dire in termini di morfogenesi? I geni espressi differiscono da una

regione all’altra della foglia. Negli anni ’50 Ian Sussex ha visto che se eliminava la punta

del meristema le cellule non capivano più se erano sul lato adassiale o abassiale e ha

concluso quindi che le cellule del meristema producono un morfogeno: il lato più vicino al

meristema ne avrà di più, quello più lontano di meno, secondo gradiente. Tuttavia questo

morfogeno non è mai stato identificato.

Adassialità ed abassialità

E’ stato identificato un mutante, Phantastica (Phan), che presenta foglie con fenotipo

cilindrico, quindi con la caratteristica unicamente abassiale, senza l’adassialità. Il gene

Phan codifica per un fattore trascrizionale. Invece la perdita dell’espressione del gene

Kan, anch’esso codificante per un fattore trascrizionale, porta a foglie aghiformi con

perdita dell’abassialità, quindi unicamente con la componente adassiale. In effetti mutando

questi due geni si può cambiare la forma delle foglie, cosa che riveste un’enorme

importanza evolutiva.


ACQUISTATO

1 volte

PAGINE

18

PESO

58.09 KB

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Milano - Unimi
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher helektron89 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia dello sviluppo vegetale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano - Unimi o del prof Messina Graziella.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Biologia dello sviluppo vegetale

Riassunto esame di Biologia dello Sviluppo Vegetale
Appunto
Biologia dello sviluppo vegetale
Appunto
Riassunto esame di Biologia dello Sviluppo Animale
Appunto
Zoologia Generale pdf
Appunto