Meristemi e differenziamento · 2020. 12. 7. · altri meristemi si formano in momenti e posizioni...

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 post-embrionali: 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 cribro-vascolare (meristema secondario) possono presentare amido e tannini, infine nei meristemi di alcuni embrioni maturi possono essere presenti sostanze di riserva.

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.

Quali sono le cellule che compongono i meristemi?

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

staminali sono le capostipiti di una discendenza cellulare, sono staminali le cellule fondatrici e le iniziali dei meristemi.

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

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.

Negli animali queste cellule vengono prodotte durante l’embriogenesi e rimangono, anche nell’individuo adulto, in vari organi.

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

staminali animali, nelle piante una cellula differenziata può dare origine anche ad una cellula staminale.

Nell’apice radicale di Arabidopsis sono ben distinguibili nel meristema le cellule iniziali, le fondatrici e le derivate.

Cellule fondatrici

Nicchia delle cellule staminali

Dal Libro di testo: Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante, ed. EdiSES

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 comprende oltre alle staminali anche le cellule circostanti che producono i segnali che inducono il mantenimento della condizione di cellula staminale (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

Elementi

di Biologia

dello

sviluppo

delle

piante.

EdiSES

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

L’uscita dalla Zona Centrale 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

Le cellule del centro organizzatore della nicchia OC esprimono il gene WUSCHEL (WUS) che codifica un fattore di trascrizione che deve essere essenziale per il mantenimento dello stato staminale

Il gene WUS è represso da segnali negativi che si originano dalle cellule staminali che esprimono il gene CLV3. CLV3 agisce con CLV1 e 2. CLV3 si esprime nella tunica, CLV1 e CLV2 nello strato L3 (iniziali del corpus). I 3 geni CLV agiscono insieme per limitare la proliferazione delle cellule staminali indotte da WUS.

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

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.

Durante il normale sviluppo della pianta

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.

Periciclo

Cambio vascolare

Cambio del sughero

Floema secondario Xilema secondario

Sughero

Felloderma

Meristemi secondari/laterali

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.

Un’ulteriore tipologia di meristemi è rappresentata dai meristemi infiorescenziali e fiorali

Meristemi intercalari: si trovano alla base degli organi; graminacee

Dove studiarli?

In piante modello

• arabidopsis • tabacco

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 formano 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)

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)

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 a lunga distanza è operato dal trasporto polare dell’auxina che dal germoglio arriva all’apice radicale.

Quello a breve distanza va dalle cellule del centro quiescente a quelle circostanti e viceversa.

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 Zona Centrale sono collegate fra di loro da una fitta rete di plasmodesmi, così come le cellule delle Zona Periferica, 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) 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 mantiene la proliferazione cellulare nella zona periferica

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.

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).

MANTENIMENTO DELL’IDENTITA’ DI CELLULE MERISTEMATICHE

STM non è solo, anche il FT

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.

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.

RADICE

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.

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).

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.

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.

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.

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 corrispondenza del

meristema apicale c’è un forte accumlo di auxina, in particolare

nelle cellule iniziali della columella e nel CQ.

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 trasversali all’asse della radice in modo da

produrre una crescita in lunghezza.

Poche divisioni longitudinali all’asse della radice invece determinano l’aumento del diametro della radice. Le divisioni longitudinali 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

Transdifferenziamento: esempio una cellula parenchimatica che diventa xilematica (coltura in vitro), o da una condizione meristematica ad un’altra, o da uno stato differenziato ad uno meristematico

• 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: WUSCHEL HOMEOBOX5

(WOX5)

Allora? Nella pianta, l’origine

cellulare non è poi così

importante!!!!!

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.

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.

Il trasporto dell’auxina controlla anche il pattern distale del

differenziamento radicale.

L’auxina raggiunge dal germoglio l’apice radicale, 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).

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 radicali hanno vita breve, pochi giorni, man mano che

muoiono vengono sostituiti da altri neo formati.

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.

Atricoblasti (cellule

epidermiche) i

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. Quindi

nell’epidermide della radice il destino

differenziativo dipende dalla posizione e

non dall’origine cellulare.

TRASPARENT TESTA GLABRA1 (TTG1) è coinvolto nella formazione dei peli nella foglia è

paradossalmente coinvolto nel destino atricoblastico nella radice (il mutante fa solo peli).

Anche GLABRA2, FT ad omeodominio, è indispensabile per lo sviluppo dell’atricoblasto.

CAPRICE (codificante un 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).

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 stato

attribuito il ruolo di meristema laterale.

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.