LA MORTE CELLULARE PROGRAMMATA DURANTE LO

LA MORTE CELLULARE PROGRAMMATA DURANTE LO SVILUPPO NELLE
PIANTE SUPERIORI: CRONACA DI UNA MORTE ANNUNCIATA.
L. Lombardi‫٭‬, N. Ceccarelli‫٭٭‬, P. Picciarelli‫ ٭٭‬E R. Lorenzi‫٭‬
‫ )٭‬Dipartimento di Scienze Botaniche,Università di Pisa Via Ghini 5, Pisa
‫ )٭٭‬Dip di Biologia delle piante agrarie, sez, Fisiologia Vegetale, Università di Pisa, Via Mariscoglio 20, Pisa
La morte cellulare programmata (PCD) è un processo geneticamente controllato, necessario per il
corretto sviluppo degli organismi pluricellulari. Nelle piante questa forma ordinata di morte
cellulare caratterizza numerosi processi legati allo sviluppo come l’embriogenesi, la
differenziazione e la senescenza fogliare, lo sviluppo dell’aerenchima e dello xilema. La PCD è
caratterizzata da una varietà di fenomeni biochimici e molecolari e da una serie precisa di
cambiamenti morfologici che vengono definiti “PCD hallmarks”. Tali cambiamenti includono la
condensazione del nucleo, il restringimento del citoplasma, la frammentazione del DNA e
l’attivazione di specifiche proteasi.
Durante l’embriogenesi di Sechium edule, appartenente alla famiglia delle cucurbitacee, un
fenomeno di morte cellulare temporalmente definito avviene nella nucella, tessuto di origine
materna che avvolge e nutre l’endosperma e l’embrione in via di sviluppo. Attraverso l’uso di
coloranti fluorescenti specifici per la vitalità, abbiamo dimostrato che la morte cellulare avviene in
una fascia ristretta e ben definita di cellule nucellari a contatto con l’endosperma in rapida
espansione e ciò permette la formazione, all’interno del seme, di uno spazio adeguato per
l’endosperma in crescita che gradualmente va ad occupare l’intero seme. Sia nella fase iniziale che
nella fase terminale della degradazione della nucella, la localizzazione e lo spessore della fascia di
cellule morte rimane pressoché invariata. Attraverso l’analisi del DNA genomico abbiamo
dimostrato un fenomeno di degradazione del DNA nucleare, considerato una caratteristica peculiare
della PCD. L’analisi citologica ha inoltre permesso di evidenziare un’alterazione nella forma delle
cellule e nell’aspetto del nucleo e del nucleolo.
Durante l’embriogenesi di Phaseolus coccineus il sospensore ha un ruolo attivo nel promuovere la
crescita e lo sviluppo dell'embrione nelle prime fasi dell' embriogenesi, mentre successivamente,
con l'inizio dello stadio cotiledonare, subisce un processo di degenerazione che porta alla sua
scomparsa nell'embrione maturo. Studi recenti su Vicia faba confermano l’ipotesi che la morte delle
cellule del sospensore ad uno stadio predeterminato dello sviluppo embrionale sia uno dei fenomeni
più interessanti di PCD di sviluppo nelle piante.
Coloranti fluorescenti specifici per la vitalità ci hanno permesso di verificare che, in sospensori in
via di degenerazione (stadio cotiledonare), le porzioni interessate dalla morte cellulare sono quelle
centrali della parte globulare e quelle del collo. Inoltre, nei sospensori in degenerazione avviene il
rilascio di molecole di citocromo C dal mitocondrio nel citosol, fenomeno invece non osservabile in
sospensori giovani in piena attività (stadio di cuore). Il rilascio di citocromo C da parte del
mitocondrio è stato dimostrato essere, in sistemi animali ed in alcuni sistemi vegetali, uno dei
segnali precoci di inizio del programma di PCD, essenziale per l’attivazione di specifiche proteasi
dette “caspasi”. Sospensori che vanno incontro a morte cellulare, a differenza dei sospensori in
piena attività, sono anche caratterizzati da un fenomeno di degradazione del DNA, considerato in
molti sistemi animali e vegetali un marker peculiare della PCD.
La nostra ricerca si è inoltre prefissata di verificare quale correlazione vi sia tra gli eventi che
accompagnano e caratterizzano la degenerazione del sospensore allo stadio cotiledonare ed i
cambiamenti metabolici a carico delle gibberelline. Il sospensore contiene livelli molto elevati di
gibberelline biologicamente attive allo stadio a cuore (principalmente GA1) mentre nel sospensore
allo stadio cotiledonare il livello di GA1 subisce un calo drammatico accompagnato da un
consistente accumulo di GA8, che è biologicamente inattiva.
I risultati ottenuti sino ad ora sulla caratterizzazione degli eventi di PCD saranno discussi in
relazione ai dati più recenti sulla regolazione del metabolismo delle gibberelline, ottenuti indagando
l’espressione spaziale e temporale di due geni chiave per il controllo del livello endogeno della
principale gibberellina attiva.