COS'È LA MEGASPOROGENESI? - BIOLOGIA - 2025

La megasporogenesi è un processo di riproduzione sessuale nelle angiosperme e nelle gimnosperme in cui si formano le megaspore. Questo processo comporta divisioni cellulari riduttive (meiotiche) in cui il tessuto ovarico e le cellule staminali della pianta danno origine alle sacche embrionali o chiamate anche gametofiti femminili.

Il processo di formazione delle spore è essenziale nella riproduzione sessuale delle piante. Lo studio di questo e di altri tipi di processi embriologici, consente di conoscere aspetti evolutivi e tassonomici delle piante superiori.

Sviluppo del gametofito femminile e dell'embrione nella pianta erbacea Arabidopsis sp. Tratto e modificato da Double_fertilization_in_arabidopsis.jpg: * Female_gametophytic_and_early_zygotic_mutant_phenotypes_highlight_the_essential_role_of_corresponding_genes_for_reproductive_development.jpg: Johnston et al.derivative (talkativeKetative) (talkativeKetativeKetative)

La conoscenza del processo di megasporogenesi viene utilizzata per comprendere la riproduzione e ottenere il miglioramento genetico di molte piante ad alto interesse commerciale, al fine di ottenere cicli di impianto di successo.

Descrizione del processo

Nelle angiosperme

Le angiosperme sono il gruppo di organismi con la maggiore estensione e diversità tra le piante. Sono principalmente caratterizzati dalla produzione di fiori e frutti con semi, hanno una grande plasticità delle forme e si sono adattati a vivere quasi ovunque sul pianeta.

Da un punto di vista filogenetico, questo gruppo di piante è monofiletico, il che indica che tutte le specie hanno un antenato comune e quindi la loro classificazione è naturale.

In questo gruppo di piante, la megasporogenesi inizia nel tessuto ovarico. La cellula madre delle megaspore, attraverso due processi di divisione meiotica (I e II), formerà quattro nuclei o megaspore aploidi (con metà del carico genetico).

Di questi quattro megaspore, i tre più grandi o più alti degenereranno o subiranno la morte cellulare, mentre il più piccolo o più basso diventerà un megaspore funzionale.

Il megaspore funzionale darà origine al sacco embrionale o megagametofito (gamete femminile). Per formare il sacco embrionale, devono verificarsi altre tre divisioni mitotiche, che formeranno otto nuclei, dando origine al sacco embrionale.

In questo gruppo di piante sono noti almeno tre modelli di megasporogenesi:

Polygonum o monosporico

Ciò si verifica nella maggior parte delle piante di angiosperme. In questo processo o modello, una piastra di cellule si forma dopo la divisione cellulare meiotica I e II, dando origine a quattro megaspores con un singolo nucleo ciascuno (non inucleato), di cui tre degenereranno come indicato nel precedente processo generale, dove si forma il sacco embrionale.

Alisma o bisporico

In questo modello, una piastra cellulare si forma dopo la divisione cellulare meiotica I, ma non dopo la meiosi II, dando origine a due megaspore binucleate (due nuclei ciascuna), in cui solo una subisce la morte cellulare e l'altra darà origine al sacco embrionale.

Druso o tetrasporico

In questo modello, una piastra cellulare non si forma dopo le divisioni cellulari meiotiche I e II, dando origine a un megaspore con quattro nuclei (tetranucleati).

Nelle gimnosperme

Le Gimnosperme sono piante longeve, in grado di raggiungere grandi dimensioni. Sono caratterizzati dal presentare fiori molto piccoli e poco appariscenti, non presentano frutti, ed i loro semi sono spogli. I pini e gli abeti, ad esempio, sono piante di gimnosperme.

Questo gruppo di piante è filogeneticamente considerato polifiletico, cioè le specie che lo compongono non discendono dallo stesso antenato comune. Quindi è un gruppo innaturale.

La megasporogenesi in questo tipo di piante inizia anche, come nelle angiosperme, con una cellula madre delle megaspore, che per processi di divisione cellulare meiotica produce quattro cellule aploidi (megaspore) in modo lineare.

Delle quattro megaspore formate, solo una sarà funzionale e formerà il gametofito femminile (sacco embrionale); Questo gametofito femminile è costituito da un tessuto in cui si sono formate 2 o 3 strutture chiamate archegonia (a seconda della specie), tipiche di alcune gimnosperme come il pino.

In queste archegonia si verificherà un'altra divisione mitotica per formare una grossa cellula uovo per ciascuna archegonia. Quest'ultimo stadio varierà tra le specie di gimnosperme. L'archegonia lascia aperture o buchi attraverso i quali entrerà il gametofito maschio.

In queste piante questo processo può richiedere diversi mesi per essere completato, mentre nelle angiosperme, invece, possono essere necessarie solo ore o giorni.

Applicazioni di ricerca

Tassonomia e sistematica

Gli studi embriologici incentrati sulla sistematica e sulla tassonomia, cercano di risolvere le relazioni filogenetiche tra diversi gruppi di organismi e di adattare, se il caso lo richiede, la loro classificazione tassonomica.

Sia nelle piante che negli animali, tali studi hanno contribuito a risolvere le gerarchie tassonomiche in taxa superiori come classi, ordini o famiglie. Gli studi di embriologia evolutiva nelle piante a livello di specie sono relativamente scarsi, sebbene abbiano acquisito una certa forza negli ultimi decenni.

Gli studi di megasporogenesi sono stati molto utili per differenziare i gruppi tassonomici in tutto il mondo; ad esempio, studi su piante ornamentali dei generi Crinum, Haemanthus e Hymenocallis.

agricoltura

Sono stati condotti molti studi in embriologia, in particolare la gametogenesi di piante di interesse commerciale, come riso, patate, mais, grano, soia, tra molti altri.

Questi studi hanno permesso di determinare le condizioni ideali per rinnovare le colture e di conoscere con maggiore certezza i tempi di sincronizzazione tra gameti, fecondazione e sviluppo dell'embrione, migliorando di conseguenza le conoscenze e la tecnologia applicabili alle diverse colture.

Ciclo di vita di una pianta di angiosperme. Tratto e modificato da: LadyofHats Mariana Ruiz. Tradotto da Chabacano.

Genetica

I tentativi di ottenere il miglioramento genetico delle piante spesso portano alla loro sterilità. Gli studi di megasporogenesi e altre analisi embriologiche cercano di rivelare cosa accade nel processo riproduttivo e qual è la causa per cui gli embrioni non sono vitali.

Ad esempio, uno studio pubblicato dalla FAO nel 1985 ha dimostrato che alcuni cloni di patate erano sterili e l'analisi della microsporogenesi e della megasporogenesi ha permesso di concludere che il tepeto e l'endotelio avevano perso la loro attività funzionale o fisiologica.

Il tapetum è un tessuto incaricato di fornire nutrienti alle microspore durante il loro sviluppo. A causa di questa perdita di attività, il processo di fornitura di nutrienti al polline e al gametofito femminile fallì. Di conseguenza, la sterilità si è verificata sia nella fase femminile che in quella maschile.

Riferimenti

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