Le piante con più set di cromosomi, note come poliploidi, sono tolleranti al sale o resistenti alla siccità e spesso ottengono rese più elevate. Tuttavia, le piante poliploidi appena formate sono spesso sterili o hanno una fertilità ridotta e non sono adatte alla riproduzione di linee resistenti. Il motivo è che il tubo pollinico di queste piante cresce in modo errato, il che impedisce la fecondazione. La crescita del tubo pollinico è controllata principalmente da due geni che potrebbero essere utili nella selezione delle colture.
La maggior parte dei mammiferi e degli esseri umani hanno un doppio corredo di cromosomi – e di regola anche le piante lo fanno: un corredo viene dal padre, l’altro dalla madre. Tali organismi sono chiamati diploidi. Tuttavia, a volte il numero di corredi cromosomici raddoppia da una generazione alla successiva: un organismo diploide diventa improvvisamente tetraploide, cioè ha quattro corredi cromosomici.
A differenza degli esseri umani, dove genomi multipli sono solitamente fatali, la poliploidia può avere vantaggi per le piante colpite. Le piante con genomi multipli si adattano meglio all’ambiente e tollerano il sale o la siccità. Inoltre, spesso producono semi o frutti più grandi e danno come risultato raccolti maggiori, caratteristiche promettenti per le colture del futuro.
Ma c’è solo una cosa: gli individui poliploidi appena formati di una specie vegetale sono generalmente completamente o quasi completamente sterili e non possono essere propagati facilmente. Il motivo per cui queste piante sono sterili non è ancora del tutto chiaro.
Geni che controllano il tubo pollinico
Kirsten Bomblies, professoressa di genetica evolutiva delle piante molecolari all’ETH, e il suo team hanno ora scoperto un meccanismo precedentemente non riconosciuto per la ridotta fertilità nei poliploidi. In un recente studio, pubblicato su Scienza, i ricercatori dimostrano che il tubo pollinico non cresce correttamente nelle piante poliploidi appena formate.
Normalmente, un granello di polline che si attacca allo stigma di un fiore durante l’impollinazione germina in un lungo tubo che cresce dritto e non ramificato attraverso l’ovaio fino agli ovuli, dove avviene la fecondazione.
I ricercatori dell’ETH hanno osservato che nelle piante poliploidi appena formate il tubo pollinico non cresce diritto né è sufficientemente lungo. “Nei nostri esperimenti abbiamo osservato tutti i tipi di forme”, afferma Bomblies. “Questi tubi pollinici potrebbero essere storti, ramificati, corti, persino scoppiati, ma nessuno di loro raggiunge la loro destinazione.” Ciò significa che i gameti maschili, che si trovano all’estremità del tubo pollinico, non possono fondersi con gli ovuli della pianta.
Bomblies e i suoi colleghi hanno studiato questo fenomeno nel crescione di roccia sabbiosa (Arabidopsis arenosa). In natura esistono due tipi di questo fiore selvatico: uno con un doppio corredo (come da noi) e uno con un quadruplo corredo di cromosomi. I crescioni tetraploidi sono riusciti a superare lo svantaggio della duplicazione del genoma e possono stabilirsi in popolazioni indipendenti.
In studi precedenti su tali popolazioni tetraploidi di crescione di sabbia, i ricercatori hanno identificato i geni associati alla fertilità della pianta per i quali si erano evolute nuove varianti nei tetraploidi. Ora, in questo studio, hanno lavorato a partire da questi geni per capire quali tratti producono. Ciò è in contrasto con l’approccio più comune della genetica evolutiva, in cui i ricercatori iniziano con un tratto (fenotipo) e tentano di identificare i geni che lo causano.
La ricerca genetica inversa ha dimostrato ai ricercatori dell’ETH che entrambi i geni controllano la crescita del tubo pollinico. Inoltre, nelle popolazioni tetraploidi consolidate di crescione, i geni in questione sono spesso leggermente diversi dalle versioni trovate negli individui diploidi. “In altre parole, l’evoluzione ha trovato il modo di variare minimamente i due geni in modo tale che gli individui tetraploidi siano fertili”, afferma Bomblies.
I benefici per la selezione delle piante non sono ancora chiari
Gli scienziati non hanno ancora svelato tutti i segreti riguardanti l’infertilità dei poliploidi appena formati. “Stiamo attualmente studiando altri geni candidati coinvolti nella crescita dei tubi pollinici”, afferma Bomblies.
Non è ancora stato studiato se le nuove scoperte possano essere applicate alla selezione delle piante. Tuttavia, i due geni sono “altamente conservati”. Ciò significa che sono stati preservati nel corso della storia evolutiva di un organismo e possono essere trovati in specie diverse.
Bomblies ritiene quindi che sarebbe possibile trasferire i due geni del crescione ad altre specie. Attualmente ci sta lavorando con il suo gruppo: i ricercatori stanno testando se è possibile trasferire i due geni nella crescione (Arabidopsis thaliana), un parente stretto del crescione. “Se riuscissimo a trasferire il costrutto genetico a un’altra specie, ciò potrebbe aprire alcune interessanti possibilità per la creazione di nuove colture”, afferma.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
