Come crescono le piante

Come tutti gli organismi pluricellulari, le piante crescono obbedendo alle istruzioni contenute nel loro DNA e in relazione ai fattori ambientali. Ma cosa determina le dimensioni delle singole cellule? Una domanda in apparenza semplice, che finora però ha avuto solo risposte parziali. Per svelare i segreti della crescita cellulare, infatti, servono strumenti e competenze di altissimo livello. Si è cimentato nell’impresa un team internazionale guidato dal professor Henrik Jönsson dell’Università di Lund, in Svezia.

 

Arabidopsis, un modello per tutti

Esperto di biologia computazionale e fisica biologica, Jönsson si è avvalso della collaborazione di colleghi americani e inglesi per studiare la crescita di Arabidopsis thaliana, un noto organismo modello. La ricerca si è concentrata sul meristema apicale della pianta, un gruppo di cellule in attiva divisione sotto stretto controllo ormonale, che consente alla pianta di svilupparsi in altezza.

La brassicacea Arabidopsis thaliana, nota come arabetta comune, è uno dei più studiati organismi modello, utilizzato in particolare per ricerche di genetica vegetale (immagine: Wikimedia Commons)

Simili studi sono stati condotti in precedenza su organismi unicellulari, come batteri e lieviti. Le loro cellule non cambiano dimensioni nel tempo. Quelle di lievito si dividono quando raggiungono una dimensione critica, mentre quelle dei batteri aumentano di un volume costante tra una divisione cellulare e l’altra.

Nel caso del batterio Escherichia coli, per esempio, un altro organismo modello, le cellule piccole diventano più grandi, mentre quelle grandi si rimpiccioliscono nella generazione successiva. Considerando più generazioni, quindi, tutte le cellule tendono a raggiungere lo stesso formato standard per la specie.

 

Come osservare le cellule in vivo

Per scoprire cosa determina le dimensioni finali delle cellule di Arabidopsis, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo in grado di monitorare la crescita e la divisione cellulare all’interno della pianta viva.

Basandosi su una tecnica nota come microscopia confocale (per un approfondimento, il nostro Come te lo spiego: Al di là dell’occhio umano), hanno creato nuovi marcatori fluorescenti e un nuovo protocollo operativo. Inoltre, hanno dovuto elaborare algoritmi di calcolo specifici per tracciare la crescita cellulare.

Un meristema apicale fotografato al microscopio confocale mostra le cellule marcate con marcatori fluorescenti di diverso colore per seguirne la crescita (immagine: Arun Sampathkumar / Yassin Refahi)

«Questo ci ha permesso di quantificare le dimensioni e la crescita delle cellule con una risoluzione più alta di quella ottenuta da chiunque altro in precedenza. Abbiamo anche sviluppato modelli matematici per analizzare le ipotesi sulle varie regole che potevano determinare le dimensioni delle cellule», ha spiegato Henrik Jönsson.

 

La crescita cellulare delle piante, a metà tra lieviti e batteri

In pratica, sono state marcate con marcatori fluorescenti singole cellule staminali del meristema apicale. Seguendone la crescita al microscopio, che è un tipo di microscopio ottico a fluorescenza, è stato possibile capire in che modo le cellule regolano la loro taglia finale e la mantengono costante nel tempo.

I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, sono sorprendenti. A quanto pare, il meccanismo che porta al mantenimento delle dimensioni delle cellule nel corso delle generazioni è una combinazione di quanto si osserva in lieviti e batteri.

Un’immagine composta che mostra la divisione cellulare nel meristema di Arabidopsis (immagine: PNAS)

I risultati ribaltano le precedenti teorie sull’argomento e potrebbero avere importanti ricadute nel settore agricolo e forestale, poiché fanno luce su uno dei fattori che determinano le dimensioni di piante e frutti.

I ricercatori hanno anche scoperto una correlazione tra dimensione del meristema e numero di cellule staminali presenti. Il prossimo passo sarà verificare se e in che modo la grandezza del meristema influenza le dimensioni dell’intera pianta.

 

Immagine banner in evidenza: Wikimedia Commons

Immagine box in homepage: Arun Sampathkumar / Yassin Refahi 

 

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