Biologia Vegetale - 2015

GAMETOGENESI

-La gametogenesi ha 2 modalità:

1. microgametogenesi forma il gametofito maschile

2. megagametogenesi forma il gametofito femminile

o sacco embrionale (7 cellule e 8 nuclei)

Microgametogenesi

-Nell’antera c’è una nervatura che la irrora e la nutre, un

epidermide esterno e 4 sacche polliniche, circondate da

un tessuto detto TAPPETO, importante perché:

 ha funzione trofica, cioè favorisce lo sviluppo del

granulo pollinico

 produce l’enzima callasi, che digerisce il callosio delle microspore

 ha un ruolo nella formazione della parete del granulo pollinico, poiché quando degenera forma la

parete esterna del granulo, composta da:

- uno strato interno detto INTINA (che deriva dal gametofito, cioè ha

origine aploide), formata da callosio, cellulosa e altri zuccheri formati da

arabinosio; ha aspetto fibrillare

- uno esterno detto ESINA, che deriva dal tappeto (origine diploide) e forma i particolari solchi e

decorazioni del granulo, che sono specie-specifiche e in cui manca l’esina, quindi c’è solo intina. Il

principale costituente dell’esina è la SPOROLLENINA, che deriva dalla polimerizzazione ossidativa

di carotenoidi; essa è molto resistente alla degradazione, tanto che pareti fossilizzate di pollini

sono state trovate negli strati geologici o su reperti storici (es: sindone)

 la degenerazione delle cellule del tappeto determina la deposizione di lipidi e proteine, che giocano un

ruolo importante nell’interazione coi tessuti femminili, in particolare per impedire l’autofecondazione

(che limiterebbe la variabilità) poiché l’ovario riconosce il proprio polline grazie a particolari proteine

contenute nell’esina.

 a livello dell’esina, deposita dei polimeri con funzione strutturale e pigmenti, tra cui metaboliti

secondari quali i flavonoidi, che favoriscono la germinazione del tubetto.

-Da una cellula madre contenuta in una delle tasche dell’antera con la meiosi si formano 4 microspore

aploidi (TETRADE), contenute in una parete di callosio, che è poi digerita

dall’enzima callasi, liberando le 4 cellule. Tuttavia, le 4 microspore hanno una

parete immatura, quindi devono crescere; si forma così un vacuolo, che

favorisce la crescita volumetrica e infine iniziano a formarsi i solchi (il cui

numero varia in base alla specie).

-Ogni microspora subisce mitosi e si formano:

 1 nucleo vegetativo responsabile del metabolismo del granulo

 1 nucleo generativo racchiuso da una membrana e una parete,

formerà i 2 gameti

-A questo punto le sacche dell’antera sono piene di granuli; tuttavia prima

dell’apertura il granulo si disidrata, poiché perdendo acqua rallenta il suo

metabolismo e ciò gli permette di sopravvivere più a lungo all’esterno. Quindi

raggiunge la fase di maturazione, diventando meno rigonfio e più schiacciato;

a questo punto l’antera si apre longitudinalmente (tramite morte cellulare

programmata), rilasciando i granuli.

-Quando il granulo pollinico si attacca allo stigma, germina e il tubetto pollinico

cresce finché non entra nel micropilo dell’ovario.

-Circa il 60-90% dei geni espressi nel granulo (gametofito) è espresso anche nello sporofito. Inoltre, alcune

proteine sono presenti solo nel polline (come quelle allergeniche delle graminacee), alcune delle quali

hanno un ruolo nella crescita del tubetto, fra queste:

 Pectato liasi rompono le pectine, favorendo la crescita del granulo

 Profilina è un panallergene che ha a che fare con l’organizzazione del citoscheletro, che è

riorganizzato quando germina il tubetto

 Espansine sono allergeni, che si trovano in molte specie erbacee

-Il granulo pollinico ha importanza tassonomica ed è dotato di una parete esterna molto resistente

con 3 solchi e da uno di questi germinerà il tubetto pollinico. Inoltre, i granuli sono diversi tra loro in base

alla modalità con cui sono trasportati (certe specie usano entrambi i metodi):

 ENTOMOFILI trasportati dagli insetti, con esina ispessita e ornamentata, che favorisce

l’attacco alle zampe degli insetti; inoltre il granulo è rivestito da materiale viscoso (POLLENKIT),

derivante dalla degenerazione delle cellule del tappeto, che favorisce l’aggregazione dei granuli e

l’adesione allo stigma ed è composto da lipidi, glicolipidi, carotenoidi e flavonoidi

 ANEMOFILI trasportati dal vento, con esina liscia e più sottile, meno adesivo

 piante acquatiche presentano una forte riduzione dell’esina, che è completamente assente in

Posidonia oceanica

certe monocotiledone delle praterie marina (es: )

-L’analisi quantitativa e qualitativa dei pollini fornisce anche informazioni sulla composizione della

vegetazione del passato; inoltre, l’identificazione sistematica del polline ha molte applicazioni, dalla

criminologia all’archeologia (ma l’identificazione del polline è importante anche per il calendario pollinico, in

relazione al fenomeno delle allergie).

Megasporogenesi

-Nella formazione del gamete femminile, il megasporocito subisce meiosi, ma 3 delle 4 cellule

degenerano e resta una sola megaspora funzionale. A sua volta questa subisce 3 mitosi, che

determinano la formazione di 8 nuclei, che però sono contenuti in 7 cellule perché una è binucleata. Alla fine

il sacco embrionale contiene:

 1 cellula uovo affiancata da 2 cellule sinergidi, che la nutrono

 1 cellula binucleata centrale, con 2 nuclei polari

 3 cellule antipodali, così dette perché sono al polo opposto della cellula uovo

-Più del 70% delle piante a fiore si sviluppa secondo questo modello.

-Ogni cellula carpellare contiene un certo numero di ovuli in base alla specie esaminata, uniti alla

placenta mediante il FUNICOLO (tessuto conduttore); la parte centrale dell’ovulo è detta NOCELLA

(macrosporangio), che di solito ha un solo megasporocita, che andrà incontro a meiosi, ed è circondata da

1/2 strati di cellule, che lasciano solo un piccolo orifizio, detto MICROPILO, da cui entra il tubetto.

Fecondazione ed embriogenesi

polline polvere fine

-Il termine “ ” fu introdotto da Linneo col significato di ; il suo ruolo è quello di trasferire i

gameti maschili fino alla cellula uovo, proteggendoli da condizioni

ambientali difficili grazie alla parete spessa. Il polline si sviluppa

rispettivamente:

 nelle sacche polliniche nelle Gimnosperme

 nelle antere nelle Angiosperme

-L’IMPOLLINAZIONE è il periodo che va dall’apertura delle

antere/sacche all’atterraggio in prossimità del macrogametofito.

Le cellule dello stigma formano una superficie irregolare, formata

da PAPILLE STIGMATICHE, e secernono un materiale mucillaginoso

per favorire l’atterraggio e l’adesione del granulo pollinico. E’ un processo

che comporta cambiamenti fisiologici nel granulo, poiché:

1. dato che a maturazione il granulo si disidrata, una volta atterrato

sullo stigma deve reidratarsi per riattivare i metabolismi e ciò

avviene solo se c’è un riconoscimento tra tessuti femminili e

maschili

2. in seguito alla reidratazione il granulo pollinico germina, cioè inizia a svilupparsi il tubetto pollinico

con crescita polarizzata (o apicale), grazie a cui esso penetra nei tessuti femminili lungo il pistillo

3. una volta che il tubetto pollinico (che trasporta i gameti maschili alla cellula uovo) entra nell’ovario

tramite il micropilo avviene la fecondazione; questo processo si verifica con successo solo tra piante

compatibili e le piante che non si auto-fecondano sono detto non-auto-polliniche. Il tubetto entra in

una delle 2 cellule sinergidi, liberando i gameti e si ha che:

- 1 gamete si fonde con la cellula uovo, formando lo zigote

- 1 gamete si fonde con la cellula binucleata centrale, formando così una cellula triploide, che

poi tramite mitosi formerà l’ENDOSPERMA, cioè il tessuto di riserva dello zigote

-I tipi di impollinazione sono:

 anemogama dipende dal vento

 zoogama dipende dagli animali impollinatori, detti pronubi (es: colibrì)

 entomogama dipende da insetti impollinatori

 idrogama dipende dall’acqua (avviene per le angiosperme acquatiche)

Germinazione del polline

-Dopo aver aderito allo stigma, il granulo si reidrata e diventa più tondeggiante. Inoltre c’è anche un influsso

di calcio, la cui presenza attiva il citoscheletro e in particolare si riorganizzano i microfilamenti di actina.

-Da uno dei pori del granulo pollinico si forma il tubetto per estensione dell’intina, che ha un gradiente di

apicale di calcio che ne orienta la crescita e il differenziamento (con coloranti fluorescenti diventa rosso).

-La CRESCITA APICALE è PULSATA, cioè non è costante, e la velocità di crescita dipende dalla

concentrazione di calcio (più calcio c’è più è veloce); coinvolge:

 il calcio attiva l’apparato di trasduzione del segnale; in particolare sono secrete proteine polliniche

glicosilate, che consentono la comunicazione molecolare tra tessuti femminili e maschili

 polarizzazione del citoplasma e del citoscheletro, per cui quelli all’apice sono diversi da quelli interni

 formazione di gradienti interni, grazie alla presenza del gradiente di calcio all’apice

 flusso trasmembrana di ioni

 accumulo di vescicole all’apice e secrezione apicale di materiale, grazie a cui si forma nuova parete e

membrana del tubetto (avviene anche un’endocitosi del materiale in eccesso)

-L’unità germinativa maschile (cioè i 2 gameti) viaggiano insieme e sono localizzati in una posizione

retrostante all’apice germinativo, che ha flusso acropeto (cioè verso l’apice).

traffico vescicolare

-Le vescicole e gli organelli (anche detto “ ”) nel tubetto si muovono grazie a proteine

motori molecolari

motrici (dette ) che viaggiano sul citoscheletro (che si può evidenziare tramite anticorpi

fluorescenti); essi hanno sia flusso acripeto che anterogrado.

-La capacità di una pianta di riconoscere il polline come self per evitare l’auto-fecondazione è detta

AUTO-INCOMPATIBILITA’; se in seguito al contatto con lo stigma il polline è riconosciuto come self, per

evitare l’auto-fecondazione la pianta può ricorrere a 2 modalità:

1. si forma un tappo di callosio all’apice del tubetto, impedendone la crescita

2. il tubetto cresce ma non riesce a deviare verso il funicolo

laboratorio

N.B.: in , per germinare, il polline deve essere reidratato in una camera umida (cioè satura di

vapore) a 30°; poi è messo in capsule petri o in micropiastre in un mezzo l