Impollinazione al microscopio: ecco perchè i fiori sono prolifici

Durante l’impollinazione, centinaia di grani di polline su uno stigma sviluppano rapidamente un prolungamento, chiamato tubo pollinico, che si collega agli ovuli, che contengono due gameti femminili. Per il completo successo della fecondazione, esattamente solo due gameti maschili dovrebbero raggiungere i due gameti femminili – né più, né meno. Nella rivista Current Biology, i biologi della Brown University hanno scoperto che i fiori hanno evoluto un intelligente sistema per garantirsi che solo il numero minimo necessario di tubi pollinici raggiunga ogni ovulo.

“C’è un meccanismo che impedisce ai tubi pollinici di trasportare troppi gameti maschili”, ha affermato Mark Johnson, professore associato di biologia alla Brown University. “Ma l’altra cosa interessante è che i fiori hanno sviluppato un modo per salvare la fecondazione se il primo gamete maschile non funziona.”

In sostanza, se riesce la fusione fra gameti maschili e femminili immediatamente termina la segnalazione che attrae tubi pollinici all’ovulo, una constatazione fatta dal primo autore Kristin Beale, uno studente del laboratorio di Johnson.

“I modelli precedenti avevano determinato che l’ingresso del tubo pollinico era sufficiente – cioè che una volta inserito un tubo gli altri sarebbero stati respinti”, ha detto Beale. Ma in realtà non c’è nessuna certezza che la fecondazione vada a buon fine.

Anche se gli scienziati hanno studiato la riproduzione delle piante per secoli, gli strumenti per realizzare la ricerca di Beale sono stati disponibili solo negli ultimi anni, ha detto Johnson. Armato di queste nuove funzionalità, il team ha condotto una serie di esperimenti sulle piante di Arabidopsis thaliana.

Lo strumento più importante è stato un polline mutante scoperto dal team chiamato hap2. Come è normale, il mutante cresce e attraverso il tubo pollinico scoppia nell’ovulo per rilasciare i gameti maschili. Ma i gameti hap2 non possono fondersi con i gameti femminili. Il team ha perciò utilizzato nuove tecniche che possono rendere verdi e rossi fluorescente i tubi pollinici e i gameti maschili. In questo modo hanno potuto osservare come i diversi tubi hanno interagito con gli ovuli.

Nel loro primo esperimento, il team ha inviato gameti maschili sani, metà del quale è stato trasportato da tubi fluorescenti rossi tubi e l’altra metà da tubi fluorescenti verdi. Mettendo nel mix solo gameti maschili sani solo circa l’1 per cento degli ovuli si è unito con tubi pollinici multipli (un fenomeno che Beale chiama “polytubey”). Gli ovuli hanno quindi potuto bloccare questo fenomeno nella stragrande maggioranza dei casi.

Poi il team ha realizzato un campione in cui un quarto dei gameti maschili non era efficace. I tubi pollinici sono aumentati di dieci volte. Un ovulo non fecondato ha attirato fino a quattro tubi, indicando che i tubi pollinici multipli continuano a prodursi fino a quando i gameti maschili non arrivano a fecondare.

In un altro esperimento con i gameti maschili inefficaci contrassegnati in rosso e gameti maschili efficaci contrassegnati in verde i ricercatori hanno osservato che i tubi multipli c’erano solo in corrispondenza del tag rosso.

Nello studio il team ha anche mostrato che una delle due cellule che attirano i tubi pollinici persiste nell’ovulo fino a quando non avviene la fusione dei gameti. Anche se il team non ha identificato la molecola esatta che segnala il blocco della creazione di tubi pollinici dopo la fusione dei gameti, ha spiegato Johnson, lo studio aiuta gli scienziati a determinare che caratteristiche questa molecola dovrebbe avere per ottenere un’azione rapida e potente.

Johnson ha spiegato anche che la ricerca potrà avere applicazioni nell’agricoltura, perché potrebbe aiutare la fecondazione quando viene ostacolata, ad esempio, da cattive condizioni ambientali.