Come crescono le foglie per la scienza

Per i biologi, il filo d’erba è un puzzle! La struttura di questa foglia, e più in generale di tutte le erbe (o Poaceae) è caratterizzata da nervature parallele e da una guaina tubolare che circonda il fusto (cosa ben visibile, ad esempio, in una pianta di mais). Così le erbe, che comprendono tutti i grani che mangiamo, si distinguono dagli Euudicotiledoni, come le querce, le cui foglie hanno un peduncolo (stelo fogliare) ben distinto dalla lamina, la parte sottile, piatta e tagliata da vene ramificate. Un’altra sorprendente differenza è che le foglie d’erba hanno la capacità di crescere di nuovo dopo essere state tagliate. Le corrispondenze morfologiche delle foglie dell’erba, rispetto a quelle degli Euudicotiledoni, che sono tutte angiosperme, è un vecchio dibattito. Combinando diversi approcci (molecolare, genetica dello sviluppo e modellizzazione), Anis Richardson, del John Innes Center di Norwich, nel Regno Unito, e colleghi hanno gettato nuova luce su questa discussione. Hanno progettato un modello di crescita delle foglie che consente una simulazione molto accurata dell’evoluzione dei due tipi di foglie.

Finora la teoria favorita dagli specialisti si basava sulla corrispondenza tra le foglie dell’erbario ei peduncoli fogliari degli Euudicotiledoni. Questo percorso si basava sul fatto che le pieghe sono parallele al peduncolo come in una foglia d’erba. Ma un approccio competitivo, proposto da diciannovesimo^{E il} secolo, ha suggerito che solo la guaina dell’erba corrisponda ai piccioli di Euudicotiledoni. “Non possiamo dire che la domanda sia particolarmente infiammata”, afferma Patrick Loves, direttore della ricerca Inrae. “Ma sviluppare un modello che si adatti sia alle erbacce che agli Euudicotiledoni è affascinante, poiché queste comunità tendono a frammentarsi, ognuna lavorando spesso su una specie Uno. “

Anis Richardson e i suoi colleghi hanno modellato la crescita del tessuto vegetale dell’orzo (un’erba) secondo un modello recentemente proposto da alcuni membri del team. Questo modello definisce l’intensità di crescita in funzione di specifici “domini polari” di cambiamenti nell’espressione genica. Pertanto, i ricercatori hanno determinato, secondo tre direzioni di polarità, i tassi di crescita del primordio, il gruppo di cellule primitive da cui ha origine la crescita delle foglie. I ricercatori hanno anche imposto un collegamento meccanico tra le diverse regioni per garantire la coesione dei tessuti.

Utilizzando il loro modello, i ricercatori hanno prima simulato una foglia d’erba. Hanno riprodotto le prime fasi della crescita, quelle delle gemme fogliari, riproducendo la crescita del primordio. Hanno adattato i campi polari in diverse regioni del germoglio per avere una guaina che circonda lo stelo e una lama che si allarga gradualmente. Hanno verificato mediante immunoblotting – una tecnica per rilevare la presenza di proteine ​​nei tessuti – che questa dinamica si allinea bene con i percorsi di crescita seguiti dall’ormone della crescita delle piante, e quindi hanno convalidato il loro modello studiando il mais mutante. Utilizzando lo stesso modello e impostazioni diverse per i campi polari, hanno quindi simulato la crescita delle foglie della pianta di Eudicotyledon, Rashad Ms. (Arabidopsis thaliana).

Infine, i ricercatori hanno utilizzato il loro modello per testare diverse teorie sulla corrispondenza tra i due tipi di documenti. Hanno scoperto che il modello precedente, con l’equivalenza della guaina, era più coerente con le loro simulazioni. In particolare, questo modello riproduce meglio la vera cinetica di evoluzione del paladio osservata su scala cellulare. Questa migliore conoscenza delle dinamiche di crescita delle foglie potrebbe un giorno fornire informazioni per controllare la resa del grano, che è uno degli obiettivi dichiarati del team di Annis Richardson. Patrick Loves nota anche il grande sforzo che il team ha fatto per rendere il modulo accessibile, scaricabile e utilizzabile, nonostante la sua complessità.