Meristemi e crescita delle piante

Le piante crescono a partire dai meristemi – riserve di cellule staminali auto-rinnovanti situate alle loro estremità e ai loro fianchi – che permettono a una pianta di aggiungere nuovi organi e di estendersi per tutta la sua vita, una strategia di crescita illimitata a differenza di quella degli animali.

Definition

I meristemi sono regioni di cellule indifferenziate e in divisione che generano nuovi tessuti e organi, e la crescita delle piante è l'aumento delle dimensioni e del numero di cellule prodotte attraverso la loro attività continua.

Scope

Questo argomento tratta i meristemi apicali del germoglio e della radice e i meristemi laterali, l'organizzazione e il mantenimento delle nicchie di cellule staminali vegetali, la modellazione dell'inizio degli organi inclusa la fillotassi, e come la divisione e l'espansione cellulare guidano la crescita delle piante.

Core questions

• Come sono organizzati i meristemi apicali del germoglio e della radice?
• Come viene mantenuto un pool stabile di cellule staminali mentre le cellule vengono anche utilizzate per la crescita?
• Come i meristemi modellano la disposizione regolare di foglie e altri organi?

Key theories

Mantenimento della nicchia di cellule staminali

Un ciclo di feedback tra un centro organizzatore e le cellule staminali sovrastanti mantiene il meristema in equilibrio, sostituendo le cellule perse per differenziazione in modo che il meristema persista indefinitamente.

Crescita indeterminata e aperta

Poiché i meristemi sono mantenuti, le piante crescono in modo indeterminato e modulare, aggiungendo unità ripetute e adattando la loro architettura in risposta all'ambiente.

Mechanisms

Il meristema apicale del germoglio è organizzato in una zona centrale di cellule staminali a lenta divisione, una zona periferica dove vengono iniziati gli organi, e un centro organizzatore sottostante; la segnalazione tra il centro organizzatore e le cellule staminali ne stabilizza il numero. Il trasporto direzionale di auxina e i campi inibitori posizionano i successivi primordi degli organi, generando le spirali regolari e i verticilli della fillotassi. La crescita stessa combina la divisione cellulare orientata con l'espansione cellulare anisotropica guidata dal turgore contro la resa controllata della parete cellulare. Collezioni di mutanti in piante modello sono state fondamentali nell'identificare i regolatori della funzione del meristema.

Clinical relevance

La biologia dei meristemi è alla base della propagazione orticola e della coltura tissutale: la coltura di apici meristematici produce piante esenti da malattie, e il controllo della ramificazione e dell'architettura attraverso l'attività meristematica è un obiettivo per migliorare la resa e la forma delle colture.

History

L'anatomia classica descrisse i meristemi apicali e la loro zonazione; esperimenti microchirurgici successivi e, in modo decisivo, la genetica molecolare in piante modello rivelarono la segnalazione che mantiene la nicchia di cellule staminali e modella l'inizio degli organi.

Key figures

• Katherine Esau
• Ian Sussex

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

Cos'è un meristema?

Un meristema è una regione di cellule indifferenziate, in continua divisione; i meristemi apicali alle punte del germoglio e della radice guidano l'allungamento, mentre i meristemi laterali aggiungono spessore, permettendo alle piante di crescere per tutta la loro vita.

Perché le foglie crescono in schemi regolari?

Nuovi primordi fogliari si formano in posizioni stabilite da campi inibitori, che coinvolgono in gran parte l'ormone auxina, attorno all'apice del germoglio, producendo le spirali regolari e altre disposizioni note come fillotassi.