Un gruppo di scienziati dell'Università di Nagoya in Giappone ha utilizzato una tecnica microscopica specializzata per osservare il processo di riproduzione interna della pianta Arabidopsis. I loro risultati, pubblicati nei EMBO Reports , rivelano il meccanismo dietro il quale un fiore femminile attrae selettivamente una singola controparte maschile. Questi risultati forniscono spunti che possono aiutare a ottimizzare la produzione di sementi e a migliorare le pratiche di selezione agricola.
Le angiosperme, comunemente chiamate piante da fiore, hanno organi riproduttivi maschili e femminili. Nel processo di riproduzione delle piante, quando un granello di polline che trasporta i gameti maschili si posa sullo stigma di un altro fiore, inizia la formazione di un tubo pollinico. Il tubo si estende attraverso lo stilo e nell'ovaio, consentendo agli spermatozoi di raggiungere l'ovulo e le cellule centrali dell'ovulo per la fecondazione.
Per comprendere meglio questo processo, i ricercatori hanno creato una tecnica microscopica unica utilizzando un microscopio a due fotoni. Secondo l'autrice principale, Yoko Mizuta, l'impegno durato tre anni è stato come un viaggio. "Si trattava di delicate tecniche di manipolazione dei campioni e di ottimizzazione delle condizioni, come le lunghezze d'onda di eccitazione, per ottenere immagini profonde dei fiori", ha spiegato.
Usando la loro tecnica, il team è stato in grado di osservare, per la prima volta, l'allungamento di più tubi pollinici all'interno di un pistillo vivente e la loro attrazione unica per il tessuto femminile. Ciò ha permesso loro di identificare un segnale emesso dal tessuto materno che attira i tubi pollinici portandoli ad allungarsi lungo il tessuto stame e raggiungere il sito della fecondazione. Questo è il segnale che consente la gestione precisa della guida uno a uno dei tubi pollinici.
La guida uno a uno dei tubi pollinici è un processo critico nella riproduzione delle piante che comporta lo spostamento preciso dei tubi pollinici verso i singoli ovuli. Questo meccanismo garantisce il successo della fecondazione delle angiosperme facilitando l'accoppiamento specifico tra ovuli e singoli tubi pollinici.
Oltre al segnale che promuove l’attrazione tra gli individui, Mizuta e i suoi colleghi sono stati sorpresi di trovare anche un segnale di repulsione. Questo segnale veniva emesso dopo aver attirato un tubo pollinico, scoraggiando l'ulteriore attrazione di ulteriori tubi pollinici. Oltre al processo di blocco di 45 minuti che impedisce a più spermatozoi di fecondare lo stesso ovulo, un segnale di repulsione indirizza anche i corteggiatori respinti verso altri ovuli non accoppiati.
"Trovo affascinante il sistema di repulsione", ha detto Mizuta. "Le cellule che generano il sistema di attrazione sono per lo più cellule sinergiche, mentre le cellule che generano il sistema di repulsione includono più tipi come cellule somatiche e gametofitiche a livelli multifase. Trovo molto interessante che tutti gli accoppiamenti coinvolgano questo meccanismo di attrazione e repulsione. "
Ulteriori analisi hanno mostrato la complessità del processo di guida uno a uno dei tubi pollinici, rivelando un intricato meccanismo di regolazione che richiede il coinvolgimento di varie cellule sia nelle piante maschili che in quelle femminili. Questa precisa regolamentazione garantisce una fertilizzazione efficace e una produzione efficiente di sementi, soprattutto in condizioni ambientali difficili.
Mizuta ha sottolineato l'importanza di questo meccanismo per massimizzare la produzione di semi. "Orchestrando con precisione il comportamento dei tubi pollinici, le piante hanno sviluppato un meccanismo per garantire una fecondazione efficace e un'efficiente produzione di semi sulla terraferma con un numero limitato di pretendenti", ha osservato.
Questa ricerca fornisce preziose informazioni su come le piante si riproducono e può potenzialmente apportare benefici alla selezione agricola aumentando la produzione di semi e migliorando i tassi di germinazione.
Ulteriori informazioni: L'imaging profondo rivela dinamiche e segnali nella guida uno a uno del tubo pollinico, Rapporti EMBO (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00151-4
Informazioni sul giornale: Rapporti EMBO
Fornito dall'Institute of Transformative Bio-Molecules (ITbM), Università di Nagoya
