La nuova frontiera della produzione vegetale: le colture cellulari vegetali e la micropropagazione
🌱 Sai che le piante possono essere anche coltivate in vitro? Oggi parliamo di micropropagazione, una tecnica molto particolare...
I metodi di propagazione delle piante sono tanti, ed ognuno ha le sue particolarità, ma la micropropagazione - cioè la propagazione e crescita di piante mediante l’uso di colture cellulari in vitro - è forse la più particolare.
Questa tecnica sfrutta una delle caratteristiche più peculiari delle cellule vegetali: la totipotenza. Ma andiamo per gradi, cercheremo ora di capire bene di cosa parliamo.
La totipotenza è l’abilità di alcune cellule di formare, attraverso un processo di differenziamento, un tessuto specifico, organo od anche un intero organismo. Nelle piante le cellule con questa capacità sono le cellule meristematiche (simili ad esempio alle cellule staminali animali), la cui funzione è quella di moltiplicarsi, e generare nuovi tessuti, per questo sono indifferenziate, sono localizzate infatti agli apici radicali o vegetativi: i meristemi.
Le cellule indifferenziate, che siano meristemi o cellule staminali, hanno questa proprietà di specializzarsi, cioè trasformarsi in una cellula somatica differenziata, e questa proprietà è la totipotenza.
Ma cosa hanno di speciale le cellule vegetali in merito a ciò? Le cellule vegetali, anche se già differenziate, hanno la capacità, in determinate condizioni, di “perdere la memoria” e diventare di nuovo una cellula totipotente.
I biologi delle piante ed i produttori vegetali, sfruttando questa proprietà possono quindi far sviluppare nuove piante partendo anche da qualche cellula vegetale; su questo si basa il processo di micropropagazione.
Ma come si ottiene una pianta attraverso la micropropagazione?
Come tutte le colture cellulari, quelle vegetali hanno due parole d’ordine molto importanti: sterilità e terreno di coltura o substrato; ma naturalmente a seconda dell’obbiettivo e del risultato che si vuole ottenere, bisogna fare attenzione a molti altri fattori, vediamo quindi cosa serve per fare micropropagazione.
Questo è un lavoro che viene fatto in un ambiente sterile– cappa a flusso orizzontale, strumenti e terreno sterilizzati -. Se non viene mantenuta la sterilità ci sarà rischio di contaminazione, quindi perdita di lavoro e materiali.
Poi bisogna capire dove prelevare il materiale vegetale da propagare – chiamato espianto; tipicamente vengono coltivate cellule del meristema, ma più spesso sono altre le zone di espianto. L’espianto può quindi essere fatto sulla zona del meristema, foglie, internodi, radici, gemme, cotiledoni o piccoli germogli. La scelta dipende dal risultato che si vuole ottenere e dai mezzi a disposizione.
Il terreno di coltura è altrettanto importante; come una ricetta in cucina, anche esso ha degli ingredienti, con le relative quantità ed una procedura di preparazione. Di solito questi dipendono dalla specie vegetale che andiamo a propagare, ma generalmente sono simili.
Gli ingredienti per preparare un buon terreno di coltura per piante sono: agenti gelificanti o agar, che creano un substrato semisolido dove le radici possono crescere (anche se a volte vengono usati substrati liquidi); saccarosio o glucosio, come fonte di zuccheri in quanto il materiale vegetale di partenza non ha la capacità di fotosintetizzare tutti gli zuccheri necessari per lo sviluppo; micro e macronutrienti, necessari ad un corretto sviluppo delle piantine.
Ci sono poi le vitamine, tipicamente quelle del gruppo B, che sono degli importanti co-fattori per il metabolismo cellulare; infine gli ormoni vegetali, di cui è molto importante definire il rapporto tra auxine e citochinine, le prime favoriscono lo sviluppo dei germogli, le altre quello delle radici, ed ogni specie vegetale necessita di un suo specifico rapporto auxine/citochinine.
Ora che si ha tutto il necessario, quali sono le fasi del processo di micropropagazione?
Il processo di micropropagazione, parte col prelievo di materiale vegetale, l’espianto, che può essere fatto da piante madri in vivo, o da altre colture in vitro.
Successivamente le colture vengono fatte crescere in apposite camere di crescita, in ambiente sterile con temperatura, umidità e luce controllate. In questa fase le cellule cominciano a moltiplicarsi, formando prima un corpo non proprio differenziato, chiamato callo, poi da lì si formano germogli e radici.
Una volta che la piantina è abbastanza sviluppata è possibile trasferirla in vivo. Per far ciò viene prima fatto un processo di acclimatamento, in cui le piantine vengono fatte adattare all’ambiente esterno ed al nuovo substrato terroso. Quindi vengono messe a dimora su substrati porosi, sotto una serra ad umidità elevata, che previene il disseccamento delle piantine.
L’acclimatamento dura qualche giorno, dopo il quale le piantine vengono fatte crescere in serra o in campo.
Per cosa viene usata la micropropagazione? E quali sono i suoi vantaggi rispetto alle normali tecniche?
La micropropagazione ha il vantaggio di essere rapida e permette la moltiplicazione di un gran numero di piante, in spazi relativamente piccoli. Ad oggi viene usata nei vivai per la moltiplicazione di piante, in particolare piante esenti da virus o altri fitopatogeni, il che è molto importante per il settore agricolo; inoltre, per la conservazione di germoplasma e la preservazione della biodiversità ci si avvale delle colture in vitro.
Altri scopi per cui viene usata questa tecnica sono il miglioramento genetico, lo studio sugli OGM, e la produzione di metaboliti secondari per le industrie.
La micropropagazione ha un grande potenziale per il futuro: nonostante la necessità di laboratori specializzati e personale qualificato, i bassi costi di produzione e l’avanzamento tecnologico renderanno questa tecnica molto usata per la propagazione delle piante, sia con elevati numeri che qualità.
Davide Giordano
Fonti
- Kumar, N. and Reddy, M. P. (2011) In vitroPlant Propagation: A Review. Journal of Forest and Environmental Science, 27(2), pp. 61–72
- Sugiyama, M. (2015). Historical review of research on plant cell dedifferentiation. Journal of Plant Research, 128, 349–359
- Fehér, A., (2019) Callus, Dedifferentiation, Totipotency, Somatic Embryogenesis: What These Terms Mean in the Era of Molecular Plant Biology? Frontiers in Plant Science, 10
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