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0 1 16.1 INTRODUZIONE Figura 16.1 Campi di applicazione delle colture in vitro nel miglioramento genetico delle piante e nellattività vivaistica.

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2 INTRODUZIONE Figura 16.1 Campi di applicazione delle colture in vitro nel miglioramento genetico delle piante e nellattività vivaistica.

3 2 Figura 16.2 Panoramica di una camera di crescita (A) e particolare di vasi contenenti espianti vegetali al termine di una subcultura di proliferazione (B). A B 16.2 MICROPROPAGAZIONE

4 3 Figura 16.3 Modelli di rigenerazione in vitro secondo A. Standardi et al. (1999) MICROPROPAGAZIONE

5 4 Figura 16.4 Esempi di organogenesi ed embriogenesi diretta e indiretta, rispettivamente in giglio (A-C) e in melo (D-E) (foto: A. Standardi). AB D C E 16.2 MICROPROPAGAZIONE

6 5 Figura 16.5 Schema di micropropagazione con espianti di diversa natura (fonte: A. Standardi). PROPAGAZIONE PER GERMOGLI ASCELLARI 16.2 MICROPROPAGAZIONE

7 6 Figura 16.6 Propagazione in vitro: dal germoglio iniziale alla plantula radicata. Fasi di allestimento (A), proliferazione (B) e radicazione (C) del portinnesto M26 di melo. ABC PROPAGAZIONE PER GERMOGLI ASCELLARI 16.2 MICROPROPAGAZIONE

8 7 Figura 16.7 Dosaggi di citochinine e auxine in relazione alle esigenze (emissione di germogli o radici oppure alla produzione di callo) della coltura in vitro. ORGANOGENESI 16.2 MICROPROPAGAZIONE

9 8 ORGANOGENESI Figura 16.8 Processi di caulogenesi e rizogenesi a partire, rispettivamente, da callo di ginestrino (organogenesi indiretta) (A) e da tessuti fogliari di melo (organogenesi diretta) (B) (foto: A. Standardi). A B 16.2 MICROPROPAGAZIONE

10 9 Figura 16.9 Fasi dellembriogenesi somatica. EMBRIOGENESI 16.2 MICROPROPAGAZIONE

11 10 EMBRIOGENESI Figura Formazioni embrioidiche riconducibili agli stadi a sfera, cuore e torpedo MICROPROPAGAZIONE

12 11 Figura 16.11a Fasi dellembriogenesi somatica in carota. EMBRIOGENESI A B Figura 16.11b Callo con strutture embrioidiche (A) ed embrione somatico maturo di erba medica (B) MICROPROPAGAZIONE

13 12 Figura Coltura di calli su piastra Petri (A) e particolari di espianto in fase di formazione del callo (B) e di callo in fase di proliferazione (C). A BC 16.3 COLTURE DI CALLI E SOSPENSIONI CELLULARI

14 13 Figura Sospensione cellulare: beuta con sospensione liquida (A), piastra con sospensione concentrata (B) e particolare degli aggregati cellulari del callo (C). A B C 16.3 COLTURE DI CALLI E SOSPENSIONI CELLULARI

15 14 Figura Fasi per lottenimento di colture cellulari in sospensione (modificata da: E.F. George, 1993) COLTURE DI CALLI E SOSPENSIONI CELLULARI

16 15 Figura Curva di crescita di una sospensione cellulare COLTURE DI CALLI E SOSPENSIONI CELLULARI

17 16 Figura Strutture di alcaloidi biologicamente attivi e piante che li producono (fonte: T.M. Kutchan, 1995). METABOLITI SECONDARI 16.3 COLTURE DI CALLI E SOSPENSIONI CELLULARI

18 17 Tabella 16.1 Varianti somaclonali isolate in mais ed erba medica VARIAZIONE SOMACLONALE

19 18 Figura Ottenimento di calli chimerici e rigenerazione di mutanti VARIAZIONE SOMACLONALE

20 19 Figura Livello di variabilità genetica nelle piante rigenerate in relazione al tipo di espianto VARIAZIONE SOMACLONALE

21 20 Tabella 16.2 Varianti somaclonali riguardanti la resistenza a stress biotici originatisi durante la coltura in vitro nelle piante da frutto (modificato da: F.A. Hammershlag, 1992) VARIAZIONE SOMACLONALE

22 21 Figura (A) Uniformità dei profili RAPD generati con il primer OP-P7 impiegando DNA genomico isolato dalle plantule rigenerate mediante ABP e subcololturate per 12 mesi. (B-G) Variabilità dei profili RAPD generati da diversi primer 10-mer impiegando DNA genomico isolato da alcune delle plantule rigenerate mediante ISE. A BCD EFG 16.4 VARIAZIONE SOMACLONALE

23 EMBRYO RESCUE: RECUPERO IN VITRO DI EMBRIONI Figura Embryo rescue: esempio di recupero in vitro di embrioni di Poa pratensis indotti in vivo mediante trattamenti auxinici.

24 IBRIDAZIONE SOMATICA MEDIANTE FUSIONE DI PROTOPLASTI Figura Schema di ibridazione somatica: isolamento e fusione dei protoplasti, riconoscimento degli eterocarionti, proliferazione del callo e rigenerazione delle piante anfidiploidi.

25 24 Figura Rappresentazione schematica dei prodotti di fusione ottenibili con libridazione somatica IBRIDAZIONE SOMATICA MEDIANTE FUSIONE DI PROTOPLASTI

26 25 Figura Ibridazione somatica tra M. sativa e M. arborea usando protoplasti isolati da callo o sospensione cellulare e protoplasti isolati da mesofillo fogliare. (A-D) fusione dei protoplasti; (E) protoplasti da mesofillo; (F) protoplasti da callo; (G) prodotto di fusione con fluorescenza rossa (cloroplasti) e giallo-verde (FITC); (H) microcallo; (I) plantula rigenerata; (L) analisi isoenzimatica delle esterasi nelle linee parentali e nellibrido somatico (foto: S. Arcioni). A B C D E F G H I L 16.5 IBRIDAZIONE SOMATICA MEDIANTE FUSIONE DI PROTOPLASTI

27 26 Tabella 16.3 Condizioni di reazione per lisolamento di protoplasti in tabacco e nei cereali IBRIDAZIONE SOMATICA MEDIANTE FUSIONE DI PROTOPLASTI

28 27 COLTURE IN VITRO F. K. SKOOG E T. MURASHIGE Figura Folke K. Skoog ( ) IBRIDAZIONE SOMATICA MEDIANTE FUSIONE DI PROTOPLASTI

29 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI Figura Rappresentazione schematica della coltura di antere per lottenimento di piante omozigoti.

30 29 Figura Modelli di sviluppo della microspora fino alla formazione di un proembrione androgenetico OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

31 30 Figura Tipi di morfogenesi: differenziazione diretta e indiretta di piante aploidi a partire dal proembrione androgenetico OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

32 31 Figura Rappresentazione schematica di una spighetta (A); struttura fiorale tipica delle graminacee con in evidenza antere e pistillo (B). A B 16.6 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

33 32 Figura Sviluppo dei boccioli fiorali (A) in relazione agli eventi della microsporogenesi (B) in peperone: tetrade di microspore, polline immaturo uni, bi e trinucleato maturo OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

34 33 Tabella 16.4 Costituzione di alcuni substrati di coltura idonei per linduzione (m-l) androgenetica delle spore, la rigenerazione (m-R) e il mantenimento (m-M) delle plantule androgenetiche OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

35 34 Figura Processo di androgenesi in peperone: (A) microspora uninucleata; (B) microspora binucleata (con nucleo vegetativo e generativo); (C) microspora trinucleata; (D) microspora tetranucleata (con soli nuclei vegetativi); (E) microspora plurinucleata (con un nucleo generativo); (F) proembrione (sono visibili le pareti cellulari); (G-I) antere con calli e plantule in rigenerazione; (L) plantule aploidi; (M) piante diploidizzate; (N) metafase aploide; (O) metafase diploide. ABCD E FGH IL MN O 16.6 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

36 35 Figura Processo di androgenesi in loietto: (A) porzione di antera con microspore; (B) microspora matura; (C-D) microspora bi- e tetranucleata (V = nuclei vegetativi); (E) microspora plurinucleata con due nuclei generativi (G); (F) proembrioni entro lantera; (G) proembrioni con parete cellulare ricostituita (W); (H) antera con calli in formazione; (I) antere con strutture proembrionali; (L) embrione androgenetico; (M) callo in fase di rizogenesi; (N) particolare dellapice radicale; (O) emissione del germoglio; (P) plantula rigenerata; (Q) plantula albina; (R) metafase aploide (n=x=7). G ABCD EFHG ILMN OR P Q 16.6 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

37 36 Figura (A) Cariotipo di una pianta aploide androgenetica (3200 X); (B) cariotipo di una pianta diaploide androgenetica (3200 X) costituiti, rispettivamente, da 10 cromosomi metacentrici o sub- metacentrici e due cromosomi acrocentrici; uno degli acrocentrici presenta un satellite, mentre uno dei sub-metacentrici è molto più lungo dei restanti del corredo (la freccia indica il satellite). A B 16.6 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

38 37 Figura Pianta diaploide di peperone alla maturazione dei frutti; (B-C) differenze nella dimensione e nella forma dei frutti tra genotipi donatori e diaploidi; (D-G) variabilità del numero, della forma e della dimensione dei semi riscontrata nei frutti delle piante diaploidi. ABC DEFG 16.6 OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

39 38 Tabella 16.5 Schema di costituzione di una varietà di frumento impiegando la coltura di antere (H deriva dal termine inglese haploid) OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

40 39 Tabella 16.6 Principali risultati ottenuti con la coltura di antere nelle specie arboree OTTENIMENTO DI APLOIDI MEDIANTE ANDROGENESI E GINOGENESI

41 SEME SINTETICO Figura (A) Embrione somatico maturo di erba medica; (B) Embrione incapsulato in alginato di sodio (seme sintetico). A B

42 41 Figura Confronto tra embriogenesi somatica e zigotica SEME SINTETICO

43 42 Figura Protocollo di incapsulamento di materiale di propagazione rappresentato da microtalee ed embrioni somatici (fonte: M. Micheli) SEME SINTETICO

44 43 Figura Propaguli bipolari e unipolari ottenuti in vitro per la produzione di seme sintetico: (A) embrione somatico di finocchio (Foeniculum vulgare); (B) bulbillo di giglio (Lilium longiflorum Thumb.); (C) microtalea ascellare del portainnesto M26 di melo (foto: M. Micheli) SEME SINTETICO

45 44 Tabella 16.7 Elenco delle specie dove sono stati impiegati propaguli vegetativi derivati in vitro di natura non embrioidica per lottenimento di semi sintetici SEME SINTETICO


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