Sementi apomittiche… Ci siamo vicini.

09 Mar 2011
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Le piante coltivate si possono moltiplicare in due modi: Per via gamica e per via agamica. Con la prima via le piante mettono in funzione gli organi sessuali che producono i gameti, cellule con numero di cromosomi ridotti ad un solo esemplare per copia omologa (si dice che è aploide o che ha un numero “n” di cromosomi) e che fondendosi con quelli dell’altro sesso danno origine ad un embrione (che perciò riassume un numero “2n” di cromosomi omologhi ed è detto diploide) che successivamente viene racchiuso nel seme.

Di gameti se ne formano tantissimi specialmente di quelli maschili (polline) e tutti diversi uno dall’altro perchè in ogni gamete finiscono degli esemplari di cromosomi a caso che la madre o il padre avevano ereditato o dal loro padre o dalla loro madre e questi dai rispettivi avi. Ecco la ragione per la quale i fratelli si assomigliano, ma non più di tanto. In aggiunta, dato che la formazione dei gameti avviene in due fasi divisorie: una equazionale (i cromosomi restano in numero 2n) ed una riduzionale (i cromosomi si riducono della metà, restano, cioè, in numero n), avvengono due fatti che complicano ancora più le cose. Durante divisione equazionale si generano interscambi di pezzi di cromosoma tra cromosomi omologhi, mentre durante la divisione riduzionale i cromosomi passano nei gameti in modo del tutto casuale. Restando ai vegetali poi, il nuovo embrione viene ad essere composto da un nucleo, che contiene le tante coppie di cromosomi tipiche della specie, e dal citoplasma che è solo materno in quanto il gamete maschile è praticamente ridotto al solo nucleo. Quindi i cloroplasti nelle piante verdi sono solo di eredità materna.

Pertanto, in una pianta che si riproduce per seme, per farla divenire apomittica, cioè per fare in modo che si riproduca clonalmente per seme, ossia che essa crei dei semi che da un punto di vista genetico siano tutti uguali a lei occorre fare due cose:

  • Impedire che avvenga la divisione riduzionale
  • Fare in modo che avvenga la formazione dell’embrione, ma senza che ci sia il passaggio di cromosomi paterni.

La prima tappa è già stata realizzata dai ricercatori dell’INRA francese (R. Mercier) e dal CSIR indiano (Imran Sidddiqi) in Arabidopsis thaliana (una piccola crucifera adatta a studi di laboratorio ed il cui genoma è perfettamente conosciuto) mediante un mutante chiamato MiMe o dyad; è evidente, però, che in questo modo con la fecondazione, cioè con l’unione di due gameti 2n si sarebbe formata una pianta “4n”, ossia tetraploide. Pertanto bisognava che una volta fatta la fecondazione, i cromosomi del padre scomparissero. La cosa è stata ora ottenuta presso l’Università di California,Devis, USA (Simon Chan) mediante un mutante GEM scoperto sempre in Arabidopsis.

Sempre presso l’INRA si sono accoppiate le due mutazioni. Un incrocio tra un’Arabidopsis MiMe, che funge da pianta femmina, ed un’altra con il carattere GEM, che funge da pianta maschio, ha dato il 34% dei semi che hanno perso i cromosomi del padre e sono quindi dei perfetti cloni della madre. L’incrocio inverso invece ha generato il 42% di semi che sono cloni ancora della loro madre, (che era il loro padre nell’incrocio precedente). Si è proceduto anche a fare incroci di seconda generazione (madre MiMe ottenuta dal primo incrocio con padre GEM) e ancora una volta si sono ottenuti il 24% di semi cloni della madre, dunque l’apomissia indotta si trasmette anche alle successive generazioni.

In conclusione le piante coltivate potranno essere rese in futuro apomittiche. La cosa però non è ancora stata realizzata presso le piante d’interesse agrario. Cosa significherà in pratica? Si otterrà una varietà di una pianta coltivata, che pur rimanendo gamica, darà semi che continueranno a rispecchiare solo le caratteristiche di un genitore e non degenereranno nel tempo. Saranno cioè sostituite solo quando un assemblaggio genetico migliore sarà stato ottenuto, e anche questo, per mantenerlo intatto nel tempo, si ricorrerà a riprodurlo per via apomittica.
Si fa notare che l’obsolescenza varietale nelle specie moltiplicate per via agamica, è attualmente molto più lenta che non per quelle che si moltiplicano per via gamica. Una varietà di patata dura nel tempo molto di più che non una varietà di frumento. A titolo di esempio acclarante si riporta che la varietà di pere Williams è stata ottenuta nel 1770 ed è arrivata man mano fino a noi intatta.

Evidentemente tutto ciò non cancella i mezzi ed i metodi di selezione fino ad ora usati, si dovrà o potrà sempre ricorrere alla selezione assistita ed alla transgenesi (anzi quest’ultima metodologia sarà valorizzata), ma una volta assemblato un corredo genetico nuovo esso rimarrà intatto per molto tempo. Molte varietà divengono superate perché perdono le caratteristiche di adattamento ad un determinato ambiente, mentre con questo rimarrebbero tali per più tempo. In altri termini si potrebbe selezionare anche per luoghi lontani e ciò potrebbe rappresentare per i paesi in via di sviluppo un’opportunità unica ed un modo per permettere loro di usare con successo il seme che si autoproducono . Alcuni ipotizzano che con le sementi apomittiche si potrebbe ingenerare una vera e proprio “seconda rivoluzione verde”. Bisognerà però rivedere tutta la legislazione sulla protezione dei ritrovati vegetali nuovi, ma questo è il minore degli ostacoli.

Bibliografia
Références :
Synthetic clonal reproduction through seeds. SCIENCE, 18 février 2011 : 876. DOI:10.1126/science.1199682
Mohan P. A. Marimuthu1, Sylvie Jolivet2, Maruthachalam Ravi3, Lucie Pereira2, Jayeshkumar N. Davda1, Laurence Cromer2, Lili Wang3, Fabien Nogué2, Simon W. L. Chan3, Imran Siddiqi1 & Raphaël Mercier2
1 Centre for Cellular & Molecular Biology CSIR, Uppal Road, Hyderabad 500007. India
2 Institut Jean-Pierre Bourgin. UMR1318. INRA. Route de Saint Cyr. 78026 Versailles Cedex France
3 Department of Plant Biology, University of California, Davis. 1 Shields Ave, Davis, CA 95616. USA

Pour en savoir plus sur la lignée MiMe, consultez la fiche de Presse info : “MIME, une lignée de plante produisant des grains de pollen et des ovules génétiquement identiques à la plante parente”.

Brevet associé :
Synthetic clonal reproduction through seeds
INRA et UC Davis
USA 61/418,792
1er décembre 2010

Référence :
“Turning Meiosis into Mitosis” PLoS BIOLOGY, JUIN 2009 (accès libre)
Isabelle d’Erfurth1, Sylvie Jolivet1, Nicole Froger1, Olivier Catrice2, Maria Novatchkova3 and Raphaël Mercier1
1 INRA. UR254. IJPB. Route de Saint-Cyr. 78026, Versailles. France
2 CNRS. UPR2355. Avenue de la Terrasse. 91198, Gif sur Yvette. France
3 Research Institute of Molecular Pathology (IMP), Dr Bohr-Gasse 7 A-1030 Vienna,
Austria
Article repris dans Nature (Nature News 9 juin 20009) et Science (Editor’s choice 26 juin 2009)

Brevet associé :
Plants producing 2N gametes or apomictic gametes
N° EP 09 290 010.9
7 janvier 2009

2 commenti al post: “Sementi apomittiche… Ci siamo vicini.”

  1. UmbertoNo Gravatar scrive:

    molto interessante!! sapevo che stavano lavorando sull’apomissia per applicazioni agricole, ma non ero a conoscenza di questi successi. Speriamo che arabidopsis sia il trampolino di lancio!

  2. gildo castelliniNo Gravatar scrive:

    Suggerirei di correggere la descrizione del processo meiotico:

    TESTO ORIGINALE

    ..”In aggiunta, dato che la formazione dei gameti avviene in due fasi divisorie: una equazionale (i cromosomi restano in numero 2n) ed una riduzionale (i cromosomi si riducono della metà, restano, cioè, in numero n), avvengono due fatti che complicano ancora più le cose. Durante divisione equazionale si generano interscambi di pezzi di cromosoma tra cromosomi omologhi, mentre durante la divisione riduzionale i cromosomi passano nei gameti in modo del tutto casuale.”..

    CORREZIONE SUGGERITA

    sia gli interscambi di pezzi di cromosoma tra cromosomi omologhi (crossing over) che la distribuzione casuale dei cromosomi (materni e paterni) nei gameti avvengono nella divisione riduzionale ( meiosi I) che precede quella equazionale nella quale i cromosomi, essendo già ridotti, sono in numero n (meiosi II)

    Grazie e complimenti per il website

    Gildo Castellini

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