Lezioni 6 e 7 File - e
annuncio pubblicitario
Meristemi e differenziamento Diversamente dagli animali, le piante hanno regioni di crescita continua, con cellule in continua divisione cellulare: MERISTEMI. Le nuove cellule prodotte dalle cellule meristematiche sono piccole, prive di vacuoli o con vacuoli molto piccoli. Con la maturazione, le cellule assumono forme e dimensioni in relazione alla specifica funzione cellulare e i vacuoli aumentano di dimensioni. MERISTEMI APICALI – Si trovano agli apici di radici e germogli. Determinano la CRESCITA IN LUNGHEZZA della pianta (CRESCITA PRIMARIA). Meristema apicale caulinare Meristema apicale radicale La pianta attua due tipi di crescita: 1) Accrescimento in altezza (crescita primaria di fusto, radici e foglie) (eredità del pattern longitudinale definito nell’embrione) 2) Accrescimento primario in spessore (eredità del pattern radiale definito nell’embrione), seguito nelle specie arboree di gimnosperme ed angiosperme dicotiledoni da accrescimento secondario Entrambi i tipi di crescita primaria sono a carico di meristemi e prevedono divisione, crescita e differenziamento cellulare. La definizione dei meristemi caulinare e radicale avviene durante l’embriogenesi zigotica (v.lezione sull’embrione zigotico) I MERISTEMI sono regioni costituite da cellule perennemente giovani che conservano la capacità di dividersi per moltissimo tempo, in molti casi per tutta la vita della pianta. Sono costituiti da un gruppo eterogeneo di cellule, oltre ai primari di diretta derivazione embrionale, altri meristemi si formano in momenti e posizioni diverse durante lo sviluppo post-embrionale della pianta ed hanno anche potenzialità differenziative diverse. Per meristema vero e proprio si intende una popolazione di cellule organizzate in cui le divisioni avvengono, ed in modo ordinato. Meristemi postembrionali: gemme ascellari apici di radici laterali Una cellula meristematica è una cellula in grado di proliferare dando una progenie Caratteristiche citologiche delle cellule dei meristemi. hanno nuclei grandi hanno parete cellulare primaria e molto sottile mancano di spazi intercellulari la forma e le dimensioni di queste cellule sono variabili, tuttavia si possono considerare più o meno isodiametriche presentano un considerevole numero di plasmodesmi sono assenti i grandi vacuoli, ma in alcuni meristemi possono essere presenti piccoli vacuoli dispersi nel citoplasma. Nelle gimnosperme sono frequenti meristemi con cellule vacuolate. Le cellule del cambio subero-fellodermico (meristema secondario) presentano spesso cloroplasti, le iniziali del cambio cribrovascolare (meristema secondario) possono presentare amido e tannini, infine nei meristemi di alcuni embrioni maturi possono essere presenti sostanze di riserva. Quali sono le cellule che compongono i meristemi? Le cellule meristematiche si distinguono in cellule fondatrici, cellule iniziali e cellule derivate. Questa suddivisione si basa sulla frequenza di divisione e sulla posizione che occupano all’interno di un meristema. Le cellule fondatrici sono situate nella regione centrale di un meristema apicale, ad es. le cellule del centro quiescente (CQ) della radice. Si dividono lentamente e controllano il destino delle cellule circostanti (cellule iniziali). Le cellule iniziali sono cellule meristematiche che danno origine alle cellule derivate. Queste ultime si dividono rapidamente e formano i tessuti meristematici da cui differenziano i tessuti adulti. Le cellule fondatrici e le cellule iniziali formano la nicchia staminale Una cellula iniziale è capace di dividersi in modo da formare una cellula meristematica iniziale e una meristematica derivata, è cioè capace di divisione asimmetrica. Le cellule derivate continuano a dividersi distanziandosi della popolazione delle cellule iniziali e dando vita ai meristemi primari: Protoderma Meristema fondamentale Procambio Il termine staminale significa “filo conduttore” o principio germinale costitutivo di organismi viventi. Coerentemente con la loro etimologia le cellule capostipiti di una discendenza cellulare, sono staminali le cellule fondatrici e le iniziali dei meristemi. staminali sono le Le cellule staminali animali, un esempio • Le cellule staminali mesenchimali (MSCs) sono cellule immature con la capacità di autorinnovarsi e differenziarsi continuamente in cellule specializzate tessuto specifiche. Sono cellule di origine midollare ma si trovano anche nel tessuto adiposo, nel sangue periferico, nel cordone ombelicale, nel derma, nel pancreas, nel fegato, nel polmone ed in altri tessuti fetali. Sia il meristema caulinare che quello radicale e le cellule cambiali contengono cellule staminali che si dividono in modo simmetrico o asimmetrico generando una cellula figlia che andrà incontro a differenziamento ed una cellula che rimane staminale, l’instaurarsi di un equilibrio dinamico tra divisione cellulare e differenziamento è alla base del mantenimento dell’attività di un meristema. Divisione cellulare Differenziamento Centri di organizzazione staminale (cellule fondatrici) nei meristemi apicali di fusto e radice Dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES Negli animali queste cellule vengono prodotte durante l’embriogenesi e rimangono, anche nell’individuo adulto, in vari organi. Le cellule staminali, sia negli animali che nelle piante sono cellule indifferenziate, in grado di dare origine ad un’altra cellula staminale e a cellule che andranno incontro al differenziamento. Le cellule staminali animali sono multipotenti, le cellule staminali vegetali sono multipotenti, ma quelle dell’embrione fino a che non si separano i poli caulinare e radicale sono totipotenti. Per totipotenza si intende la capacità di una cellula di dare origine a tutti i tipi cellulari possibili. Es. lo zigote è totipotente perchè è in grado differenziare tutte le cellule di un individuo adulto (sia animale che vegetale). Negli animali questa caratteristica si riduce nel tempo. Infatti,le cellule staminali embrionali, durante lo sviluppo, perdono la loro totipotenza e in un animale adulto queste cellule sono in grado di differenziare uno o pochissimi tipi cellulari. Nei vegetali, non solo le cellule staminali sono in grado di modificare il loro destino, ma anche le cellule già differenziate,tuttavia per le prime è più facile. E’ importante notare che a differenza delle cellule nelle piante una cellula differenziata può dare origine anche ad una cellula staminale. staminali animali, Nicchia delle cellule staminali Nell’apice radicale di Arabidopsis sono ben distinguibili nel meristema le cellule iniziali, le fondatrici e le derivate. Dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES Cellule fondatrici Le cellule staminali, come detto, sono considerate precursori di cloni di cellule che possono rimanere staminali o differenziare. E’ stato dimostrato, per le cellule staminali, sia animali che vegetali, che il loro stato è mantenuto da segnali che provengono dall’ambiente circostante. Il microambiente dove sono presenti queste cellule è detto nicchia delle cellule staminali. Quest’ambiente anche le cellule che inducono il cellula staminale comprende oltre alle staminali circostanti che producono i segnali mantenimento della condizione di (informazioni posizionali). Le 4 cellule del centro quiescente dell’apice radicale di Arabidopsis thaliana sono le cellule fondatrici, le cellule circostanti sono le iniziali, caratterizzate da una regolare disposizione spaziale e le loro divisioni danno origine a tutte le cellule derivate dei tessuti primari della radice. La zonazione del doma meristematico del germoglio Nel doma apicale si individua una zona centrale (ZC) in cui le cellule sono relativamente grandi, vacuolate e si dividono lentamente ed una zona periferica (ZP) che circonda la ZC ai lati. Nella ZP le cellule sono più piccole ed hanno un’intensa attività mitotica. Nella ZP le cellule (derivate) iniziano a differenziare in quanto vengono canalizzate verso la formazione dei primordi fogliari, delle gemme ascellari o verso il differenziamento dei tessuti più esterni del fusto. Cellule staminali V. libro di testo Elementi di Biologia dello sviluppo delle piante. EdiSES L’uscita dalla ZC segna l’inizio del differenziamento, infatti le cellule della zona periferica sono incanalate verso il differenziamento delle bozze fogliari o dei primordi dei rami. I confini della nicchia staminale sono determinati dall’espressione di particolari geni. Ad es. nel caso dell’apice di A.thaliana, nella nicchia staminale è espresso il gene WUSCHEL (WUS). Nelle cellule immediatamente fuori si esprimono geni appartenenti alla famiglia genica CLAVATA. Quindi una serie di informazioni impartite dall’attivazione di particolari geni determina l’esatta localizzazione e dimensione di queste regioni cellulari. Pattern di espressione di alcuni geni nel meristema apicale di Arabidopsis. STM mantiene la proliferazione cellulare nella zona periferica svolgendo un ruolo complementare a quello di WUSCHEL. CLAVATA 3 regola negativamente l’espressione di WUSCHEL WUSCHEL regola positivamente l’espressione di CLAVATA 3 SHOOTMERISTEMLESS (STM): STM è espresso specificamente nelle cellule che rimangono meristematiche. STM inibisce il processo di differenziamento assicurando che le cellule meristematiche rimangano indifferenziate. STM è necessario anche per il mantenimento dell’identità meristematica delle cellule nella pianta adulta. Come è stato dimostrato? Mutanti stm omozigoti, loss of function, non formano meristema apicale e le cellule si differenziano precocemente. Mediante esperimenti di microchirugia è stato dimostrato che le cellule della ZC (staminali) conferiscono al germoglio un’elevata capacità rigenerativa. Se l’apice viene sezionato in due parti in senso longitudinale, le due metà formano ognuna un meristema intero. Un apice sezionato in più parti e in grado di formare altrettanti nuovi meristemi. In altri casi, se l’apice viene forato con aghi in modo da distruggere alcune cellule del doma in posizione centrale, questo formerà uno o più apici a partire dalle zone periferiche non danneggiate. Ciò sta a dimostrare il ruolo delle cellule della ZC: la loro distruzione induce un processo che porta alla loro sostituzione da parte di cellule derivate che acquisiscono funzione staminale. Dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES Durante il normale sviluppo della pianta Le cellule derivate si dividono vicino all’apice vegetativo o radicale prima di andare incontro a differenziamento. Tuttavia le divisioni cellulari non sono ristrette esclusivamente alle cellule derivate, bensì, continuano a dividersi anche le cellule dei tessuti che da loro prendono origine. Tali tessuti sono i tessuti meristematici primari, sono parzialmente differenziati e rimangono in questo stato per un certo periodo di tempo prima di dare origine alle cellule definitive dei tessuti primari. Il vantaggio, per una pianta, di avere i meristemi localizzati in aree ben precise, separati spazialmente dalle cellule mature, in cui i processi fisiologici e metabolici sono attivi, è che può crescere continuamente e contemporaneamente essere in piena attività metabolica. La crescita delle piante è per questo definita indeterminata. La crescita secondaria di una pianta è dovuta all’attività di altri meristemi: cambio vascolare e cambio subero-fellodermico. Questi meristemi sono detti meristemi laterali secondari e sono localizzati alla periferia del fusto e della radice. Meristemi secondari/laterali Cambio vascolare Periciclo Cambio del sughero Floema secondario Xilema secondario Sughero Felloderma Meristemi secondari: si formano durante lo sviluppo postembrionale Meristemi ascellari: si formano alle ascelle delle foglie; derivano dal meristema apicale Meristemi delle radici laterali: si formano dalle cellule del periciclo della radice primaria Meristemi delle radici avventizie: si formano da cellule di tessuti diversi dal periciclo della radice primaria (v. anche meristemi avventizi) Cambio vascolare: iniziali fusiformi e iniziali dei raggi; xilema e floema secondario; raggi di tessuto parenchimatico Cambio subero fellodermico: si sviluppa nelle cellule mature del cortex e del floema secondario; si differenziano in cellule del sughero che formano il periderma. Meristemi intercalari: si trovano alla base degli organi; graminacee Un’ulteriore tipologia di meristemi è rappresentata dai meristemi infiorescenziali e fiorali (v. Lezione transizione a fiore e Lezione sul fiore) Dove studiarli? In piante modello • tabacco • arabidopsis Un’altra tipologia di meristemi è rappresentata dai meristemi avventizi. Questi si formano per sdifferenziamento di tessuti precedentemente differenziati in modo diverso. Sono presenti nella pianta, es. i meristemoidi che danno origine alle cellule di guardia degli stomi e ai tricomi. Ma i meristemoidi si organizzano anche in coltura in vitro e la loro formazione precede sempre quella degli organi avventizi (radici, gemme vegetative o fiori, oppure di noduli vascolari, detta xilogenesi) (v. Lezione Caulogenesi Radicazione avventizia) Sperimentale e Lezione Le cellule di guardia degli stomi si originano per transdifferenziamento Il meristemoide è una cellula epidermica che prima si divide per divisione diseguale (cioè con separazione del destino fra le due cellule figlie) e poi per divisione uguale (cioè con formazione delle due cellule di guardia, a stesso destino) (trasdifferenziamento diretto) (dal Libro di testo) Meristemi Avventizi I meristemi avventizi si formano per sdifferenziamento di tessuti parenchimatici, in particolari condizioni. In seguito a ferite o in colture in vitro. Torniamo all’apice radicale ed a quello caulinare La stabilità di tutto il meristema si raggiunge grazie ad un complesso dialogo molecolare fra le cellule. Nel meristema caulinare esiste un sistema di segnalazione a breve distanza che controlla le dimensioni ed i confini della nicchia delle cellule staminali. Nell’apice radicale è stata dimostrata sia l’esistenza di una rete di segnali a breve distanza sia un sistema di segnalazione a lunga distanza entrambi cooperano per mantenere costante la forma e l’attività del meristema stesso. Nella radice il segnale operato dal dell’auxina che radicale. a lunga trasporto è polare distanza dal germoglio arriva all’apice Quello a breve distanza va dalle cellule del centro quiescente a quelle circostanti e viceversa. Domande: • • • • • • • • • • • Quali sono i tipi di crescita della pianta, e come si chiamano i tessuti che li garantiscono? In cosa la crescita primaria è diversa dalla secondaria? Quali sono le caratteristiche citologiche delle cellule meristematiche? Le cellule di un meristema sono tutte con uguale funzione? Quali sono i tipi cellulari che formano un meristema ed in che rapporto reciproco sono fra loro? Quali sono le cellule staminali di un meristema? E perché si chiamano così? Come è fatta la nicchia staminale dell’apice del germoglio? E quella dell’apice radicale? Che tipo di segnali governano la nicchia staminale? Che cos’è un meristema ascellare? Ed un meristema laterale? Cosa si intende per meristema avventizio? Dopo la germinazione il SAM dà luogo agli organi laterali. SAM mantiene una struttura organizzata pur rispondendo a segnali interni ed esterni di sviluppo. A questo scopo al centro del SAM viene mantenuta una popolazione di cellule indifferenziate che si dividono lentamente. Cellule che lasciano questa zona entrano in quelle periferiche e si differenziano a formare gli organi laterali; oppure nella zona sottostante (rib zone) e si differenziano in cellule del fusto. La velocità di proliferazione delle cellule iniziali nel SAM deve essere coordinata con la velocità di differenziamento delle cellule figlie. • L’attività dell’apice caulinare Utilizzando traccianti fluorescenti è stato visto che le cellule della ZC sono collegate fra di loro da una fitta rete di plasmodesmi, così come le cellule delle ZP, al contrario sembra siano scarsi i collegamenti fra le diverse zone. Questo fa ipotizzare che comunicazioni cellulari selettive, cioè trasferimento da cellula a cellula di molecole segnale nell’ambito delle diverse zone siano alla base del mantenimento dei diversi domini cellulari nel doma e del mantenimento della rispettiva organizzazione. In mais l’espressione del gene KNOTTED1 (FT ad omeodominio del tipo elica-ansa-elica) si correla positivamente alla formazione ed attività del meristema caulinare. La proteina, come il suo mRNA, si spostano da cellula a cellula attraverso i plasmodesmi. Il gene di Arabidopsis omologo a KNOTTED1 di mais è SHOOT MERISTEMLESS (STM). L’espressione di questo gene avviene in tutte le cellule del doma caulinare tranne che nelle cellule interessate all’organizzazione dei primordi fogliari e nei primordi. STM è quindi un gene associato alle cellule iniziali ed è marcatore dell’attività meristematica delle cellule del doma apicale. La sua azione sembra quella di impedire alle cellule della ZC di partecipare all’organogenesi laterale. Dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES MANTENIMENTO DELL’IDENTITA’ DI CELLULE MERISTEMATICHE I programmi di sviluppo sono regolati da reti di geni interagenti. WUSCHEL (WUS) Nei mutanti wus loss of function l’attività meristematica (SAM) cessa alla fine dell’embriogenesi e la crescita si arresta allo stadio di cotiledoni. Non viene mantenuta la popolazione delle cellule iniziali. É stato IDENTIFICATO UN CIRCUITO REGOLATIVO CHE COINVOLGE WUSCHEL (WUS) , SHOOTMERISTEMLESS (STM) e CLAVATA (CLVI, CLV3). STM non è solo, anche il FT ad omeobox WUSCHEL (WUS) è necessario per mantenere l’attività del doma caulinare (come WOX5 nel CQ della radice) • L’espressione di WUS impedisce il differenziamento delle cellule della ZC, garantendo la persistenza di un gruppo di cellule pluripotenti (staminali) e quindi la crescita indefinita dell’apice vegetativo. RADICE Il meristema radicale diviene attivo nell’embrione allo stato cordato. Se c’è un difetto nella formazione dell’ipofisi il meristema radicale non si forma. Infatti, in mutanti con aberranti modificazione a carico dell’ipofisi non si ha la formazione del meristema radicale. La regione più centrale del meristema radicale è caratterizzata dalla presenza di cellule con attività mitotica molto rallentata Questa regione è detta CENTRO QUIESCENTE (QC). Le cellule del centro quiescente, in condizioni normali, hanno un ciclo mitotico molto rallentato ma in caso di danni all’apice meristematico sono in grado di dividersi attivamente e così ripristinare il meristema danneggiato. Sembra quindi che il centro quiescente della radice rappresenti una riserva di cellule da utilizzare al momento del bisogno. Questo meccanismo di sostituzione è estremamente importante perché l’apice della radice viene frequentemente danneggiato da agenti biotici ed abiotici. Caratteristiche citologiche del centro quiescente: contenuto di RNA e sintesi proteica inferiore rispetto alle cellule circostanti. Bassa attività del Golgi, creste mitocondriali poco sviluppate, reticolo endoplasmatico poco sviluppato. Esistono dei marcatori molecolari d’identità del CQ Ad esempio pAGL42::GFP (fluorescent marker of stem cell niche) Nella radice di Arabidopsis tutte le cellule traggono origine dalle cellule iniziali che circondano le 4 cellule fondatrici (CQ) e che con queste formano la nicchia staminale. Al di sopra del CQ è localizzato un piccolo gruppo di cellule che sono le iniziali del tessuto vascolare, circondate (in sezione trasversale) da uno strato di iniziali del periciclo a cui seguono le iniziali dell’endodermide e della corteccia e lo strato più esterno è costituito dalle iniziali di epidermide e cuffia laterale. Al di sotto del CQ ci sono le iniziali della columella. v. Illustrazioni sul Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES L’auxina si muove nella pianta dall’apice caulinare verso la radice, entra nelle cellule mediante i trasportatori AUX1 ed esce mediante le proteine PIN. In questo modo è stato osservato che in corrispondnza del meristema apicale c’è un forte accumlo di auxina, in particolare nelle cellule iniziali della columella e nel CQ. • Come è stato detyerminato? • Con il sistema DR5::GUS (v. Libro di testo Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES per la descrizione) La determinazione del meristema apicale radicale (RAM) è generata da alti livelli di IAA nella regione basale del proembrione. Elevati livelli di IAA sono causati dal trasporto polare di IAA mediato dalle proteine PIN. Il CQ inibisce il differenziamento delle cellule che lo circondano e che quindi mantengono indefinitamente caratteristiche di cellule staminali. Il bilanciamento tra i segnali che impediscono il differenziamento, provenienti dal CQ e segnali che invece lo promuovono sono alla base di un corretto funzionamento del meristema radicale. Tutti i tessuti della radice prendono origine da specifiche cellule staminali. LE CELLULE INIZIALI MERISTEMATICHE GENERANO LUNGHE FILE DI CELLULE. IN TEORIA SI POTREBBE RINTRACCIARE LA CELLULA MERISTEMATICA DA CUI SI ORIGINANO LE SINGOLE CELLULE MATURE, perchè nella radice le divisioni sono per lo più anticlinali (trasversali all’asse della radice) in modo da produrre una crescita in lunghezza. Poche divisioni periclinali invece determinano l’aumento del diametro della radice. Le divisioni periclinali hanno luogo soprattutto nell’apice radicale e generano nuove file di cellule Le cellule del centro quiescente producono segnali che condizionano il comportamento delle iniziali circostanti. Mediante esperimenti di ablazione laser, è possibile uccidere una determinata cellula di un tessuto senza distruggere l’intera radice. È stato osservato che con il successivo sviluppo cellule circostanti sono in grado di prendere il posto delle cellule eliminate. v.Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES Gli effetti dell’ablazione laser sulle cellule del centro quiescente dimostrano come possa essere acquisita una nuova identità cellulare Le cellule procambiali assumono per transdifferenziamento posizione e funzione di cellule del centro quiescente Allora? Nella pianta, l’origine cellulare non è poi così importante!!!!! • La cellula vegetale esprime il destino appropriato alla sua nuova posizione, e l’espressione genica relativa, nel caso precedente, ad es., il gene specifico delle cellule CQ: WUSCHELHOMEOBOX5 (WOX5) Esperimenti di questo tipo sono stati utili anche per studiare la comunicazione cellula-cellula nell’apice radicale e l’effetto posizione. È stato dimostrato, inoltre, che uccidendo una cellula del CQ la cellula iniziale della columella (cellula derivata) più vicina alla cellula eliminata non si divide più attivamente (perde le caratteristiche di cellula iniziale) ma incomincia subito a differenziare (accumulando di amido, che per la columella rappresenta un marker del differenziamento). Questo sta ad indicare che le cellule del CQ inviano segnali alle cellule vicine che reprimono il precoce differenziamento della cuffia. Ancora, le iniziali di corteccia ed endodermide vicine alla cellula del CQ ablata smettono di dividersi trasversalmente e si dividono longitudinalmente, in questo modo viene a mancare la cellula che rimane iniziale e si formano direttamente la cellula endodermica e corticale. Anche in questo caso sembra che le cellule del CQ inviino segnali a breve raggio alle iniziali di E/C. Il trasporto dell’auxina controlla anche il pattern distale del differenziamento radicale. L’auxina raggiunge l’apice radicale dal germoglio, si accumula nel CQ e nelle iniziali della columella dopo di che viene di nuovo trasportato verso l’alto in particolare passando nelle cellule epidermiche. Questo percorso è necessario per regolare il processo di distensione cellulare. Le proteine PIN controllano la taglia della zona di divisione dell’apice e regolano anche l’estensione della zona di espansione/allungamento, attraverso una ridistribuzione dell’auxina. La zona di accrescimento per distenzione è seguita dalla ZONA DI MATURAZIONE o DI DIFFERENZIAMENTO CELLULARE. In questa regione la maggior parte delle cellule dei tessuti primari differenzia ed acquisisce la forma definitiva. In corrispondenza dell’inizio di questa regione compaiono i PELI radicali. I peli radicali servono per aumentare sensibilmente la superficie di assorbimento, infatti l’acqua ed i sali vengono assorbiti per la maggior parte a livello dei peli radicali. Svolgono anche il ruolo di protezione dell’organo. Sono estroflessioni di alcune cellule epidermiche dette tricoblasti. In questa regione, nella zona centrale si ha inoltre la definizione della stele (differenziamento ed organizzazione delle cellule del sistema vascolare). I peli radicali hanno vita breve, pochi giorni, man mano che muoiono vengono sostituiti da altri neo formati. La velocità di formazione e quella di degenerazione sono simili per cui l’estensione della zona pilifera resta costante nel tempo. Non resta costante invece la sua posizione rispetto al suolo. Nella zona in cui i peli radicali sono morti la funzione protettiva viene svolta dagli strati più esterni del parenchima corticale, i quali suberificano (formando esoderma, tessuto di origine primaria) I peli hanno una crescita apicale ed un grande vacuolo centrale. In alcune piante tutte le cellule epidermiche hanno la possibilità di formare i peli, in altre, tra cui Arabidopsis solo alcune possono formare i peli. In Arabidopsis il controllo genico che dà alla cellula epidermica la possibilità di formare un pelo è stato studiato dettagliatamente anche con utilizzo di mutanti. Atricoblastii (normali celluledel rizoderma) Tricoblasto (pelo radicale) Con ablazione laser si dimostra che quando un atricoblasto viene distrutto, il tricoblasto vicino prende il suo posto, manifestando poi destino da atricoblasto, e viceversa TRASPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1) è coinvolto nel destino atricoblastico nella radice (il mutante fa solo tricoblasti), anche GLABRA2, FT ad omeodominio, è indispensabile per lo sviluppo dell’atricoblasto ed è il bersaglio di TTG1 e di WEREWOLF (WER, FT di tipo MYB). CAPRICE (FT di tipo MYB) (CPC) è coinvolto nel destino tricoblastico. E’ stato dimostrato che CPC è un regolatore negativo dell’identità atricoblastica nella cellula in cui si sposta (controllo genico per inibizione laterale). Figure sul Libro di testo le direzioni del differenziamento dei tessuti primari della radice determinano i pattern distale e radiale di sviluppo I geni SHORT-ROOT (SHR) e SCARECROW (SCR) sono implicati nel mantenere la corretta organizzazione del parenchima corticale/endodermide, mutanti per questi geni mostrano alterazioni nella corteccia della radice primaria e delle laterali ed avventizie. Il mutante scr ha un solo strato di parenchima corticale con caratteristiche tipiche dell’endodermide, ad es. presenta la banda del Caspary ma viene riconosciuto da un anticorpo che riconosce il parenchima corticale e non l’endodermide. Nel mutante shr manca l’endodermide SCR e SHR sono fattori di trascrizione della famiglia GRAS i mutanti scr e shr hanno radice corta, ed il CQ in scr è parzialmente inattivo Nei mutanti scr la cellula derivata non è in grado di fare una divisione asimmetrica periclina e si divide trasversalmente. Il risultato è un solo strato cellulare con caratteristiche intermedie fra endodermide e corteccia. All’interno dell’endoderma della radice c’è il cilindro centrale o stele. Il primo tessuto della stele è il PERICICLO. È mono o pluristratificato, è formato da cellule con caratteristiche meristematiche. È il tessuto da cui si originano le radici laterali o secondarie. Prende parte alla formazione del cambio cribro vascolare e del cambio del sughero. Deriva dal procambio e differenzia in prossimità dell’apice radicale. È stato denominato anche pericambio e gli è attribuito il ruolo di meristema laterale. stato Una specifica espressione genica nel periciclo induce la formazione delle radici laterali. Immagini dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES Queste prime divisioni sono sotto controllo auxinico. L’auxina arriva al primordio laterale dall’apice della radice principale, ma viene anche prodotta in loco. L’importanza dell’auxina è stata dimostrata sia somministrando auxina esogena, particolari concentrazioni di auxina portano alla produzione di un elevato numero di radici laterali fino all’apice, sia somministrando inibitori del trasporto auxinico, es. l'acido naftilftalamico (NPA), in quest’ultimo caso si ha una fortissima riduzione del numero di radici laterali. Il ruolo dei PIN e la formazione del maximum auxinico all’apice della radice laterale ha luogo come nella radice primaria Dal periciclo si formano le radici laterali ma anche il cambio cribro-vascolare, in parte, e il fellogeno cioè i meristemi secondari. Le cellule del periciclo formano le radici laterali non lontano dalla zona di distensione, i meristemi secondari si formano in posizione molto lontano da questa . È stato ipotizzato che un effetto posizionale possa essere modulato nella diversificazione dell’espressione genica nel periciclo. Il floema e lo xilema primario della radice si formano dal procambio. Il floema si differenzia più vicino all’apice, nella regione di distensione, rispetto allo xilema. Il sistema vascolare della radice si organizza durante le ultime fasi dell’embriogenesi (orgnizzazione del procambio). Le informazioni sul controllo genico del differenziamento vascolare sono molto scarse. È stato identificato un fattore di trascrizione di tipo MYB necessario per il differenziamento del floema, ALTERED PHLOEM DEVELOPMENT (APL). Nel mutante apl le divisioni che dovrebbero dare origine a cellule floemaiche sono pochissime e nella regione dove dovrebbe esserci il floema si osservano cellule xilematiche. . Il gene ATHB-8 sembra essere un marcatore precoce del differenziamento vascolare. Si esprime nel procambio dell’embrione, radice, fusto e foglia e nella regione di allungamento della radice embrionale si esprime nelle cellule che differenziano in xilema. È regolato dall’auxina Nonostante le informazioni sulla definizione del pattern vascolare non siano molte, si sta affermando un’ipotesi che ritiene che l’auxina e la citochinina siano implicate entrambe nel controllo del differenziamento vascolare. Secondo questo modello temporale l’auxina sarebbe indispensabile per la formazione del tessuto vascolare, ma la citochinina sarebbe necessaria prima, cioè per attivare la proliferazione del procambio e per identificare i siti di comparsa dei primi elementi di floema e xilema. Domande: • • • • • • • • • Quali sono nell’apice caulinare i geni implicati nella formazione dei primordi di foglie e gemme ascellari? Ed in che relazione sono con i geni della “staminalità” del doma? Nel doma caulinare quali geni sono implicati nel circuito regolativo della nicchia staminale? Nel doma radicale, a cosa servono le cellule del centro quiescente? L’auxina ha un ruolo nel mantenimento della nicchia staminale della radice? Quali cellule possono sostituirsi alle cellule del centro quiescente distrutte assumendone l’identità? Come e dove ha luogo il differenziamento dei peli radicali? Quali geni sono essenziali per il differenziamento dell’endodermide? Cos’è il periciclo e quanti e quali ruoli morfogenici assolve nella radice? L’auxina ha un ruolo nel differenziamento delle radici laterali?
