Un tubo di polline attorcigliato rende infertili

Di norma, le piante hanno un doppio set di cromosomi, come la maggior parte dei mammiferi e degli esseri umani. Un set proviene dal padre, l'altro dalla madre. Sono cosiddette diploidi. Tuttavia, può accadere che il numero di set di cromosomi raddoppi da una generazione all'altra: un organismo diploide diventa improvvisamente un organismo tetraploide, cioè con quattro set di cromosomi.

A differenza dell'uomo, dove i genomi multipli sono di solito fatali, la poliploidia può avere dei vantaggi per le piante colpite. Le piante con più genomi si adattano meglio all'ambiente, sono tolleranti al sale o resistenti alla siccità. Inoltre, spesso producono semi o frutti più grandi e hanno una resa maggiore: caratteristiche interessanti per le colture del futuro.

Ma c'è un problema: gli individui poliploidi di nuova formazione di una specie vegetale sono di solito completamente o quasi completamente sterili e non possono essere riprodotti facilmente. Il motivo per cui queste piante sono sterili non è ancora del tutto chiaro.

I geni che controllano il tubo pollinico

Kirsten Bomblies, l'ETH Professor of Molecular Plant Evolutionary Genetics, e il suo team hanno scoperto un meccanismo finora sconosciuto per la ridotta fertilità dei poliploidi. In un recente studio pubblicato sulla rivista scientifica pagina esternaScienza I ricercatori hanno dimostrato che il tubo pollinico non cresce correttamente nelle piante poliploidi di nuova formazione.

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'ovario fino agli ovuli. ? qui che avviene la fecondazione.

I ricercatori dell'ETH hanno osservato che nelle piante poliploidi di nuova formazione il tubo pollinico non cresce né dritto né sufficientemente lungo. "Nei nostri esperimenti abbiamo osservato forme di tutti i tipi", spiega Bomblies, "storte, ramificate, corte, persino scoppiate - ma nessuno di questi tubi pollinici raggiunge il bersaglio", il che significa che i gameti maschili all'estremità del tubo pollinico non possono fondersi con le cellule uovo della pianta.

Bomblies e i suoi collaboratori hanno studiato questo fenomeno nella schiuma di sabbia del crescione (Arabidopsis arenosa). In natura esistono due clan di questo fiore selvatico: uno con un set doppio (come gli esseri umani) e uno con un set quadruplo di cromosomi. Le spugnole tetraploidi sono riuscite a superare lo svantaggio della duplicazione del genoma e ad affermarsi in popolazioni indipendenti.

In studi precedenti, i ricercatori hanno identificato i geni associati alla fertilità della pianta in queste popolazioni tetraploidi di crescione, per i quali si sono evolute nuove varianti nei tetraploidi. Nel presente studio, i ricercatori hanno rintracciato a ritroso quali tratti sono prodotti da questi geni. Normalmente, i ricercatori in genetica evolutiva adottano spesso l'approccio di partire da un tratto (fenotipo) per trovare i geni che causano questo tratto.

La ricerca genetica inversa ha mostrato ai ricercatori dell'ETH che i due geni controllano la crescita del tubo pollinico. E: nelle popolazioni tetraploidi consolidate di crescione, i geni in questione sono spesso leggermente alterati rispetto alle versioni presenti negli individui diploidi. "L'evoluzione ha quindi trovato un modo per variare leggermente i due geni in modo che gli individui tetraploidi siano fertili", spiega Bomblies.

I vantaggi per la selezione delle piante non sono ancora chiari

Gli scienziati non hanno ancora scoperto tutti i segreti dell'infertilità dei poliploidi di nuova formazione. "Attualmente stiamo studiando altri candidati geni che sono coinvolti nella crescita del tubo pollinico", spiega il ricercatore.

Non è ancora stato verificato se le nuove scoperte possano essere utilizzate per la riproduzione delle piante. Tuttavia, i due geni sono cosiddetti altamente conservati. Ciò significa che si sono conservati nel corso della storia evolutiva e possono essere trovati in diverse specie.

Bomblies ritiene quindi possibile che i due geni del crescione della sabbia possano essere trasferiti ad altre specie. Attualmente sta lavorando su questo aspetto con il suo gruppo: i ricercatori stanno verificando se è possibile trasferire i due geni nel crescione delle sabbie (Arabidopsis thaliana), un parente stretto del crescione. "Se riusciamo a trasferire il costrutto genico a un'altra specie, potrebbe diventare interessante per la riproduzione di nuove colture", afferma il ricercatore evoluzionista.