1. IL NUCLEO La condizione EUCARIOTE si basa sull’evoluzione nucleare, cioè sui MECCANISMI di EQUA distribuzione del materiale genetico 1 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

2. Il nucleo La maggior parte del DNA della cellula eucariotica è contenuta nel nucleo che rappresenta quindi l’archivio informativo della cellula. È delimitato dall’involucro nucleare costituito da due membrane concentriche, la membrana nucleare interna e quella esterna. La membrana esterna è in continuità con le membrane del RE. 2

3. La membrana nucleare è doppia e simile a quella del RER 3

4. La continuità tra nucleo e citoplasma è garantita dai pori nucleari, presenti sull’involucro nucleare, che permettono il trasporto delle molecole da e per il citoplasma. Ciascun poro nucleare è una struttura complessa formato da proteine, 8 glicoproteine, disposte a formare un ottagono che circonda un foro centrale o canale. Le glicoproteine sono disposte in modo che le terminazioni glucidiche siano rivolte verso il citoplasma. 4

5. Immagini da Pasqua et al., Botanica Generale e diversità vegetale - Piccin 5

6. Cosa contiene il NUCLEO? Le PROTEINE sono il componente principale (fino al’80% del peso secco) Gli ACIDI NUCLEICI rappresentano circa il 15% Cosa sono? MOLECOLE POLIMERICHE LINEARI, l’unità monomerica si chiama NUCLEOTIDE 6

7. Cos’è il NUCLEOLO? Sito di sintetisi ed accumulo degli RNA ribosomali 7

8. 8

9. Le molecole di DNA si organizzano in cromosomi distinti e l’insieme dei vari cromosomi, e dell’informazione genetica in essi contenuta, è detto genoma. Nei procarioti il genoma è costituito da un’unica molecola di DNA, mentre nelle cellule eucariotiche sono presenti più molecole di DNA ciascuna organizzata in un differente cromosoma. Ogni cromosoma deve essere in grado di replicarsi, segregare le due copie ai nuclei delle cellule figlie. 9

10. Il cromosoma ha la stessa struttura del DNA interfasico Un cromosoma è costituito da geni diversi uniti a formare una sequenza lineare di DNA complessata con istoni. 10

11. Quindi, i geni di un organismo non costituiscono un unico lungo cromosoma, che sarebbe di difficile gestione durante la divisione nucleare. Ma sono organizzati in più di un cromosoma. Il numero di cromosomi varia sensibilmente tra le varie specie, ma un maggior numero di cromosomi non equivale ad un maggior livello di evoluzione o complessità dell’organismo. 11

12. SpecieNumero di cromosomi Arabidopsis thaliana Vicia faba Pisum sativum Allium cepa Beta vulgaris Zea mays Triticum aestivum Helianthus tuberosus 10 12 14 16 18 20 42 102 Numero di cromosomi, di cellule diploidi, di alcune specie vegetali. 12

13. Oltre alle proteine che interaggiscono con il DNA durante le varie fasi del ciclo cellulare esiste un gruppo di proteine, dette istoni, che svolgono una funzione strutturale nell’organizzazione del filamento di DNA nel cromosoma della cellula eucariotica. L’insieme di DNA nucleare ed istoni forma la cromatina e la sua unità base di impacchettamento prende il nome di nucleosoma. I nucleosomi conferiscono alla cromatina un aspetto a fili di perle. 13

14. L’organizzazione del DNA in CROMATINA, forma molto compatta, è necessaria per permettere la presenza di notevoli quantità di DNA nel nucleo L’inizio della intesi proteica, l’attivazione dei GENI, è preceduta da una MODIFICAZIONE STRUTTURALE DELLA CROMATINA. 14

15. 15 GTE4 gene che codifica per un fattore di rimodellamento della cromatina Airoldi et al., Plant Physiology 2010

16. La cromatina quindi è il componente principale del nucleo ove non è uniformemente distribuita Eucromatina è la forma meno condensata e corrisponde a zone in cui vi è un'intensa attività di trascrizione. L’eterocrmatina è la forma più condensata e corrisponde a regioni prive di attività di trascrizione. 16

17. Negli ultimi anni, grazie al rapido progresso delle tecniche di automatizzazione del sequenziamento del DNA, sono stati completamente sequenziati, o sono in corso di sequenziamento, i genomi di molte specie vegetali di interesse agronomico e non. Ad es. Oryza sativa, Zea mays, Arabidopis thaliana. Ad oggi circa un terzo dei geni caratterizzati in queste piante non sono stati ritrovati in nessun genoma sequenziato di funghi o animali. Questi sono quelli coinvolti nella fotosintesi, e nella fotomorfogenesi. Mentre molti geni implicati nella respirazione, nel metabolismo basale e nella duplicazione del DNA sono molto simili tra funghi, animali e piante. 17

18. L’informazione proteica può passare da una cellula all’altra 18

19. Riassumendo: quali sono le funzioni del nucleo? Il nucleo produce le subunità dei ribosomi (sintetizzate nei nucleoli) Nel nucleo si formano gli mRNA (trascrizione) che vengono trasportati nel citoplasma Nel nucleo si evidenziano, sia all’inizio della mitosi che della meiosi, in forma di corti filamenti, i CROMOSOMI. 19

20. Ma quanto è grande il genoma dei vegetali ???? 20

21. Le variazioni delle dimensioni di un genoma si osservano comunemente nelle cellule vegetali. Possono essere dovute non solo alla differenza di DNA ripetuo, ma essere il risultato di duplicazioni genetiche. 21

22. Apliode (n) : cellula con una sola copia del genoma, cioè presenta un unico assetto cromosomico ossia una sola copia di ogni cromosoma. Diploide (2n): una cellula contiene una copia del genoma paterno ed una del genoma materno, cioè ogni cromosoma è presente in due copie aventi la stessa forma e le stesse dimensioni. 22

23. A differenza degli animali in cui la poliploidia è considerato un fenomeno raro, nelle piante è molto comune, e l’attuale genoma delle piante è il risultato di uno o più eventi di duplicazione di un genoma ancestrale. Poliploide (3n, 4n..): se ha tre o più copie di ogni cromosoma. 23

24. I poliploidi si possono generare quando, per errori della mitosi o della meiosi, si formano cellule che hanno più di un assetto cromosomico, ad es., un errore nella meiosi porta alla formazione di gameti diploidi (2n). La fusione di gameti 2n porta alla formazione di zigoti tetraploidi (4n) che sono potenzialmente stabili. 24

25. Probabilmente l’evoluzione del nucleo come comparto cellulare che racchiude il DNA si è resa necessaria per proteggere l’informazione genetica sempre più complessa e per confinare in uno spazio circoscritto l’ampia elaborazione che devono subire le molecole di RNA prima di essere trasportate nel citoplasma e tradotte in proteine. Mentre nelle cellule procariotiche la sintesi dell’RNA e quella delle proteine avvengono quasi contemporaneamente, nelle cellule eucariotiche la trascrizione avviene nel nucleo e la traduzione nel citoplasma. 25

26. La condizione eucariote, rispetto alla procariote, si fonda, quindi, sull’evoluzione nucleare Evoluzione dei meccanismi di EQUA distribuzione del materiale genetico, in modo tale che tutte le cellule somatiche dell’organismo siano geneticamente identiche (clonate). Come si realizza? Attraverso la Mitosi Di cosa fa parte? Del CICLO CELLULARE Cos’è? Il succedersi di INTERFASE e MITOSI Cosa vuol dire?? 26

27. Mitosi e meiosi: ruoli nei vegetali 27

28. Le cellule hanno origine per divisione da una cellula madre, crescono per un certo periodo, e poi o vanno incontro ad una nuova divisione o differenziano. 28 Nei vegetali pluricellulari i processi di divisione nucleare e cellulare e di differenziamento cellulare sono spazialmente separati.

29. Durante la mitosi o divisione nucleare una copia di ogni cromosoma, precedentemente duplicata, viene distribuita ai nuclei figli. La mitosi è seguita dalla citodieresi. La mitosi e la citodieresi rappresentano una parte relativamente piccola di un processo più ampio che è il ciclo cellulare. Ogni cellula in divisione subisce una sequenza regolare di eventi. 29

30. Immagine da JD. Mauseth, “Fondamenti di Biologia delle piante”- III Edizione Italiana – Idelson Gnocchi 30 Cellule meristematiche (cambio cribrovascolare)

31. Il completamento del ciclo cellulare richiede periodi di tempo variabili da poche ore a parecchi giorni, dipende dal tipo di cellule e da fattori ambientali esterni. Il ciclo cellulare viene suddiviso in interfase e mitosi. L’interfase precede la mitosi ed è una fase di intensa attività cellulare. Durante questa fase vengono organizzati complessi preparativi per la divisione cellulare inclusa la duplicazione dei cromosomi. L’interfase può essere suddivisa in tre distinte fasi G1, S e G2. L’insieme di mitosi e citodieresi viene indicato come fase M. 31

32. Nella fase G1 la cellula svolge la maggior parte del suo metabolismo. Provvede alla sintesi dei nucleotidi che verranno utilizzati successivamente (fase S) nella replicazione del DNA. Durante la fase S (sintesi) il DNA nucleare viene replicato. Durante la fase S nuove proteine istoniche si complessano con il DNA neoformato. 32

33. Punto di controllo G1 Punto di controllo G2 La cellula raddoppia in dimensione, gli organelli, gli enzimi e le altre molecole aumentano di numero 33

34. In una cellula vegetale che si appresta a dividersi si forma il FRAGMOSOMA, insieme di microtubuli, di filamenti di actina e di citoplasma. Immagine da JD. Mauseth, “Fondamenti di Biologia delle piante”- III Edizione Italiana – Idelson Gnocchi 34

35. All’inizio della fase G1, prima della duplicazione del DNA, il nucleo deve migrare al centro della cellula, processo importante per le cellule con vacuoli al centro. Il nucleo si sposta al centro dove viene ancòrato mediante brigie citoplasmatiche. Successivamente le brigie si fondono, formando una lamina di citoplasma che taglia la cellula secondo il piano in cui questa alla fine si dividerà. Questa lamina, chiamata fragmosoma, contiene microtubuli e filamenti di actina. A mitosi conclusa (e) la cellula si dividerà secondo il piano occupato dal fragmosoma. 35 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

36. La posizione del fragmosoma determina il tipo di divisione cellulare: divisione simmetrica o asimmetrica. La tipologia di divisione cellulare nei vegetali condiziona il differenziamento cellulare. 36

37. Nella fase G2 la cellula si prepara alla divisione mitotica. In questa fase vengono sintetizzate l’alfa e la beta tubulina necessarie per la formazione della banda pre profasica e del fuso mitotico. Inoltre i microtubuli si spostano, collocandosi a formare la banda pre profasica. La formazione della PPB precede di qualche ora la mitosi. L’orientamento di questa banda marca la posizione in cui si formerà la nuova parete cellulare alla fine della mitosi, definisce anche il piano di divisione. 37

38. 38 La PPB ha vita breve e al suo disassemblaggio si crea una regione carente di filamenti actinici. È in questa regione che il fragmoplasto indirizza la crescita della piastra cellulare.

39. Fase G2 Formazione della PPB in cellule meristematiche di tabacco 39 Inoltre durante la fase G2, avvengono i preparativi finali per la divisione cellulare. In questa fase la cellula inizia ad assemblare le strutture necessarie non solo per distribuire il corredo completo di cromosomi a ciascun nucleo figlio, ma anche per dividere il citoplasma e separare i nuclei figli.

40. Nelle piante la maggior parte delle divisioni cellulari avviene nei meristemi o nelle loro vicinanze. La proliferazione cellulare è strettamente controllata da un complesso meccanismo che regola tutte le fasi del ciclo cellulare. La fase cruciale è il passaggio dalla fase G1 ad S. La maggior parte delle cellule non in divisione è ferma alla fase G1. Il passaggio da G1 a S rappresenta il punto di non ritorno, cioè superato questo blocco la cellula prosegue il ciclo. 40

41. Regioni delle piante con abbondanti divisioni cellulari Meristema vegetativo caulinare Meristema radicale Immagini da JD. Mauseth, “Fondamenti di Biologia delle piante”- III Edizione Italiana – Idelson Gnocchi 41

42. In seguito ad incubazione con la bromodeossiuridina (BrdU), un analogo della timidina, le cellule che stanno sintetizzando DNA (fase S del ciclo cellulare) la incorporano al posto del nucleoside. Queste cellule possono essere identificate utilizzando un anticorpo Anti- BrdU, in grado di riconoscere specificatamente il marcatore, ma non la timidina. La percentuale di cellule nella fase S del ciclo cellulare può essere determinata usando la microscopia a fluorescenza. Sezione trasversale, a livello della struttura primaria, di una radichetta di un embrione germinante. Vengono mostrati i nuclei marcati con BrdU che si trovano nella fase S del ciclo cellulare. Come si possono osservare le cellule in fase S? Immagine di G. Falasca –Sapienza Università di Roma 42

43. I “regolatori” del ciclo cellulare sono complessi proteici/enzimatici, diversi a seconda della fase. Questi complessi sono formati da particolari chinasi chiamate chinasi ciclina-dipendenti (CDK) e dalle loro subunità, ossia proteine, che svolgono il ruolo di attivatori, le cicline.. 43

44. Promuove il passaggio da G1 a S 44

45. Il ruolo di tutti i complessi che si formano durante il ciclo cellulare non è completamente chiarito. Questi complessi sono inoltre regolati dallo stadio fisiologico della cellula, da zuccheri e da FITORMONI. 45

46. Durante la fase S il DNA nucleare viene replicato. In G1 la quantità di DNA presente è pari a 2C (quantità di DNA contenuto nel nucleo di una cellula aploide - Valore C) alla fine della fase S è 4C. 46

47. Contenuto di DNA durante il ciclo cellulare C value - (Valore Costante per ogni specie), si riferisce alla quantità di DNA, espressa in pico-grammi, contenuta in un nucleo aploide. Il C-value varia enormemente tra le specie viventi. 47

48. In alcune piante il ciclo cellulare può arrestarsi dopo la fase S. Queste cellule hanno raddoppiato il loro contenuto di DNA ma non hanno subito la divisione nucleare, conseguenza: nuclei molto grandi con un contenuto di DNA pari a 4C. Questo evento prende il nome di endoreduplicazione. Gli eventi di endoreduplicazione possono essere più di uno, e sono tipici delle cellule metabolicamente attive. 48

49. Interfase Profase Durante la profase la cromatina che si presenta diffusa nel nucleo interfasico si condensa in cromosomi ben definiti. Tuttavia all’inizio appaiono come lunghi filamenti sparsi nel nucleo. Col progredire della profase i filamenti si accorciano e si ispessiscono e appena diventano distinguibili si può osservare che ognuno è formato da due filamenti avvolti l’uno all’altro, sono i cromatidi fratelli formatesi nella fase S. 49

50. Intorno all’involucro nucleare, compare una zona occupata dai microtubuli. All’inizio sono sparsi ma poi si allineano lungo la superficie del nucleo parallelemente all’asse del fuso, e costiuiscono il fuso pre-mitotico. Questa è la prima manifestazione del fuso mitotico e compare quando la banda pre-profasica è ancora presente. Alla fine della profase il nucleolo scompare e successivamente l’involucro nucleare si dissolve. 50

51. Metafase Nella metafase compare il fuso mitotico, una struttura tridimensionale, ampia al centro e assottigliata ai poli, che si organizza nell’area occupata in precedenza dal nucleo. 51

52. Il fuso consiste di fibre, dette fibre del fuso, costituite da fasci di microtubuli che vanno a sostituire quelli della banda preprofasica. Con la scomparsa dell’involucro nucleare alcuni microtubuli del fuso, detti microtubuli del cinetocoro, si attaccano o sono catturati da complessi proteici chiamati cinetocori. Queste strutture si sviluppano ai lati di ciascun cromosoma, a livello del centromero in modo che ogni cromatidio abbia il suo cinetocoro. 52

53. Quando il primo microtubulo si attacca a uno dei cinetocori, il cromosoma comincia a muoversi verso il polo del microtubulo. Tutti gli altri cromosomi si spostano seguendo il movimento dei microtubuli del cinetocoro finchè tutti i cromosomi si allineano a metà strada tra i poli del fuso. Quando i cromosomi sono allineati sul piano equatoriale, o piastra metafasica può iniziare la separazzione dei cromatidi. 53 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

54. 54 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

55. L’anafase è la fase più rapida della mitosi, comincia con la separazione simultanea dei cromatidi fratelli in corrispondenza dei centromeri. Durante l’anafase due serie identiche di cromosomi si muovono verso i poli opposti del fuso. Con la fine dell’anafase due serie identiche di cromosomi figli sono stati trasferiti ai poli opposti. Per garantire che i cromatidi fratelli vengano separati gli uni dagli altri è fondamentale che siano attaccati ai microtubuli che si estendono da un polo all’altro. Quando i cromosomi figli si allontanano i microtubuli del cinetocoro si accorciano per perdita di subunità di tubulina a cominciare dalle estremità. 55

56. La forza motrice che permette il movimento dei cromosomi figli non dipende dall’accorciamento dei microtubuli ma da proteine motrici, quali la dineina, che fanno parte del cinetocoro. Queste proteine utilizzano ATP per spingere i cromosomi lungo i microtubuli cui sono legati. 56

57. Telofase Nel corso della telofase si completa la separazione delle due serie identiche di cromosomi figli e intorno a ciascuna si organizza l’involucro nucleare a partire da vescicole. Il fuso scompare. Durante questa fase i cromosomi diventano indistinti e si allungano trasformandosi di nuovo in filamenti. Contemporaneamente si formano i nucleoli. 57

58. I nuclei figli prodotti alla mitosi sono geneticamente uguali e equivalenti al nucleo che li ha generati. Questo è di fondamentale importanza per il nucleo che deve controllare tutte le attività della cellula. Questo programma genetico deve essere trasmesso alle cellule figlie con estrema precisione. 58

59. Alla mitosi segue la citodieresi, cioè la divisione del citoplasma. In tutte le piante superiori, briofite, crittogame vascolari, e in poche alghe la citodieresi avviene con la formazione di una piastra cellulare. All’inizio della telofase il fragmoplasto si organizza tra i due nuclei figli. La piastra cellulare inizialmente si presenta come un disco sospeso nel fragmoplasto. I microtubuli del fragmoplasto scompaiono quando si è formata la piastra cellulare per riformarsi poi ai suoi margini. 59

60. La piastra si accresce verso l’esterno fino alle pareti della cellula completando la separazione delle due cellule figlie. Nelle cellule con vacuoli, il fragmoplasto e la piastra cellulare si formano all’interno del fragmosona. 60 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

61. La piastra cellulare si forma per fusione delle vescicole di secrezione che derivano dal complesso del Golgi. Le vescicole vengono trascinate verso il piano di divisione dai microtubuli del fragmoplasto, probabilmente con l’aiuto di proteine motrici e contengono molecole della matrice di parete, emicellulose e/o pectine. Quando le vescicole si fondono le loro membrane contribuiscono alla formazione della membrana plasmatica. In questo momento si formano anche i plasmodesmi come resti del reticolo endoplasmatico intrappolati tra le vescicole che si fondono. 61

62. Stadi successivi della formazione della piastra cellulare che mostrano l’associazione del reticolo endoplasmatico con la piastra cellulare in via di sviluppo e l’origine dei plasmodesmi. 62 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

63. La piastra cellulare in via di sviluppo si fonde con la parete della cellula madre, precisamente nella regione marcata dalla banda pre-profasica. 63

64. La presenza delle pareti rende unici numerosi aspetti della divisione cellulare delle piante. La parete limita sia la capacità di movimento che l’espansione della cellula. Di conseguenza l’organizzazione delle cellule all’interno di un organo della pianta riflette i piani di divisione cellulare e le direzioni di espansione. Inoltre la componente microtubulare del citoscheletro controlla l’allineamento delle fibrille e quindi la direzione dell’espansione della cellula. 64

65. Quindi, con la divisione mitotica due corredi cromosomici identici vengono ripartiti fra le due cellule figlie. Affinchè avvenga in modo corretto è essenziale che il citoscheletro funzioni bene. 65 Anche la citodieresi coinvolge il citoscheletro. In particolare, il fragmoplasto ha un ruolo attivo nella formazione del primo setto di divisione fra le cellule figlie (piastra cellulare).

66. Cicli ontogenetici L’esistenza di ogni organismo si svolge secondo una sequenza ciclica di stadi ed eventi biologici, caratteristica della specie di appartenenza. Meiosi e Gamia rappresentano due momenti fondamentali del ciclo vitale di tutti gli organismi Il CICLO ONTOGENETICO di un individuo comprende l’insieme di eventi (nascita, crescita, riproduzione e morte) che iniziano con lo sviluppo della prima cellula fecondata e si concludono con la morte dell’individuo. 66

67. Tutti i cicli sessuali, compreso quello dell’uomo, presentano un’alternanza di generazione, cioè un’altenanza tra uno stadio aploide e uno diploide. 67

68. - I gameti possiedono un assetto cromosomico singolo (aploidi - n). –Le cellule somatiche hanno nuclei contenenti due serie di cromosomi omologhi (diploidi - 2n). 68

69. 69 Alternanza di fase nucleare. MEIOSI E FORMAZIONE DEI GAMETI

70. La riproduzione sessuale è caratterizzata da due eventi: la riduzione a metà del numero dei cromosomi (meiosi) e la fusione dei gameti (fecondazione). 70 Quindi:

71. la funzione 2n nn nnnn Meiosi 1 Meiosi 2 div. riduzionale div. equazionale La Meiosi avviene nelle cellule germinali e ha come scopo quello di generare gameti aploidi ossia spermatozoi e cellule uovo nel caso di animali, gameti maschili (contenuti nel gametofito maschile) e ovocellula (gamete femminile) nel caso di organismi vegetali La Meiosi è simile ad una mitosi nel meccanismo della seconda divisione ma differisce notevolmente da questa nella prima divisione caratterizzata invece dalla separazione dei cromosomi omologhi che porta al numero aploide del corredo e dallo scambio di frammenti cromosomici (crossing- over) che ha lo scopo di accentuare la variabilità degli individui. 71

72. Dove avviene la meiosi in una pianta a fiore? 72

73. La meiosi riduce il numero dei cromosomi da diploide ad aploide –La meiosi (il processo che produce cellule sessuali aploidi), come la mitosi, è preceduta dalla duplicazione dei cromosomi. –Nella meiosi, però, le cellule si dividono due volte per formare quattro cellule figlie. La meiosi è una divisione riduzionale. 73 La meiosi consta di due divisioni nucleari e cellulari (meiosi I e meiosi II).

74. Il crossing-over porta ad un rimescolamento genico con formazione di cromosomi tutti differenti. La disposizione casuale dei cromosomi omologhi sul piano equatoriale (allineamento casuale dei bivalenti) durante la metafase I porta a molte differenti combinazioni di cromosomi nei gameti maschili e femminili. La variabilità genetica dei gameti è determinata da due eventi casuali che hanno luogo durante la prima divisione meiotica. 74

75. All’inizio della meiosi, ciascun cromosoma è formato da due cromatidi fratelli identici tenuti insieme dal centromero. 75 R.F. Evert – S. E. Eichhorn, La Biologia delle Piante di Raven, Zanichelli editore S.p.A:- Copyright©2013

76. Crossing-over dei cromosomi I geni provenienti dal padre e dalla madre vengono rimescolati con la ridistribuzione a caso degli omologhi materni e paterni nelle cellule figlie al momento della I a meiosi. Inoltre, durante la profase della I divisione meiotica parti di cromosomi omologhi si scambiano di posto dando cioè luogo a quello che si chiama ricombinazione o crossing-over. 76

77. CROSSING OVER = Scambio di segmenti di cromosoma con l’omologo corrispondente = Ricombinazione genica = Nuovi genotipi 77

78. Il crossing-over aumenta la variabilità genetica –Il crossing-over è lo scambio di segmenti corrispondenti tra due cromosomi omologhi. –La ricombinazione genetica che si verifica col crossing-over durante la profase I, aumenta enormemente la variabilità genetica. 78

79. Durante la fine della metafase e l’anafase I i bivalenti allineati sul piano equatoriale in modo casuale, con i centromeri delle coppie di cromosomi su entrambi i lati del piano, fanno in modo da dar origine ad un riassortimento tra i cromosomi paterni e quelli materni. Il crossing-over e questo riassortimento casuale determinano l’enorme variabilità degli organismi viventi. 79

80. Dopo questi due eventi, crossing-over e ripartizione casuale degli omologhi, in nessuno dei cromosomi delle quattro cellule è possibile riconoscere un particolare cromosoma così come era prima che avvenisse la meiosi. 80

81. Come varia il contenuto di DNA: 81

82. I processi di base della meiosi sono simili a quelli della mitosi, ma presentano 4 importanti differenze: 1.La meiosi comporta 2 successive divisioni nucleari e citoplasmatiche con produzione di 4 cellule. 2.Nonostante le due divisioni il DNA subisce una sola duplicazione durante l’interfase che precede la prima divisione meiotica 3. Ognuna delle 4 cellule prodotte contiene un n°aploide di cromosomi (n), cioè solo una coppia degli omologhi. 4. Durante la meiosi l’informazione genetica che proviene da entrambi i genitori viene mescolata, così che ogni cellula possieda una combinazione di geni potenzialmente unica. Meiosi riepilogo 82

83. Nelle piante la meiosi produce le spore (meiospore) e non i gameti. Le meiospore sono cellule aploidi che possono o germinare per dare origine ad un individuo aploide o subire alcune divisioni mitotiche e formare una struttura aploide al cui interno si origineranno i gameti. I gameti si possono solo fondere con un altro gamete, per formare un individuo diploide (sporofito). 83

84. 84

85. Le strutture proteiche che compongono il citoscheletro sono estremamente dinamiche capaci di cambiamenti rapidi per animare e regolare i movimenti degli organuli, per trasportare i cromosomi durante la mitosi, per permettere la citodieresi. Costituiscono il citoscheletro i microtubuli (MT), i microfilamenti e il reticolo microtrabecolare. C’è anche un’altra categoria di componenti, i filamenti intermedi, ma ad oggi sono poche le evidenze sperimentali della loro presenza nelle cellule vegetali. 85

86. La presenza di un’impalcatura interna alla cellula è stata messa in evidenza solo all’inizio del 1960 anche se da molto prima si sospettava la sua presenza. Con l’introduzione di fissativi (in particolare di glutaraldeide) per la preparazione di campioni per l’analisi al microscopio elettronico, in grado di conservare anche le strutture proteiche delicate si potè avere la conferma di una tale struttura e della sua natura. 86

87. Tutte le cellule eucariote posseggono il citoscheletro. Il citoscheletro è coinvolto in numerosi processi della cellula: -Divisione cellulare -Divisione nucleare -Crescita cellulare -Differenziamento cellulare -Movimento degli organuli all’interno della cellula. 87

88. Come è fatto il citoscheletro? I principali componenti del citoscheletro delle cellule vegetali sono: I microtubuli (  e  tubulina) I filamenti di actina (actina). 88

89. Immagine da PH Raven “Biologia delle piante” 89

90. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 90 Quest’alternanza di attività determina un continuo assemblarsi e disassemblarsi determinando diversi assetti citoscheletrici in funzione dell’attività cellulare. Questa caratteristica è definita instabilità dimamica del citoscheletro.

91. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 91 I filamenti di actina sono anch’essi strutture polari con un’estremità + e un’altra -.

92. IL 10-30% delle proteine totali delle cellule è costituito da actina. Può esistere in tre distinti stati: 1)Monomero (actina G) 2)Polimeri filamentosi (actina F o microfilamenti) 3)Aggregati di più microfilamenti. Ai diversi stati di actina sono attribuibili i cambiamenti di consistenza del citoplasma e i vari fenomeni di motilità. 92

93. Sono associati ai microtubuli e come questi sono in continuo movimento, a seconda delle funzioni della cellula. Possono assemblarsi a formare fasci di filamenti 93

94. Anche i microfilamenti di actina hanno proteine strutturali associate. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 94

95. I microtubuli corticali si localizzano al di sotto della membrana plasmatica e sono determinanti durante l’allineamento delle microfibrille di cellulosa e quindi nella crescita della parete e delle cellula. Sono importanti anche nell’orientamento delle vescicole del Golgi, che secernono componenti non cellulosici della parete. Le frecce indicano i microtubuli corticali 95

96. Il reticolo microtrabecolare Analizzando cellule al microscopio elettronico senza trattamenti drastici che compromettano la delicata struttura cellulare è possibile osservare che la parte fondamentale del citoplasma appare costituita da un fine reticolo tridimensionale, di filamenti di 3-6nm, estremamente complesso, a questa struttura si dà il nome di reticolo microtrabecolare. La funzione di questo reticolo è quella di tenere uniti gli altri componenti del citoscheletro e anche gli organuli della cellula. 96

97. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin Allungamento del tubetto pollinico 97

98. Filamenti di actina, hanno un ruolo importante durante l’attacco di un patogeno. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 98

99. In rosso le ife di un fungo micorrizico, in verde i microtubuli che cercano di isolarlo. Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 99

100. Microtubuli in un pelo radicale attaccato da un rizobio Immagine da Pasqua et al., Botanica generale e Diversità Vegetale - Piccin 100