In che modo le piante creano schemi a spirale?

Le piante crescono per tutta la loro vita, formando nuovi fiori e foglie sulla punta dei loro steli attraverso un processo di modellamento chiamato fillotassi, che si verifica a spirale per un vasto numero di specie vegetali. La visione classica suggerisce che il posizionamento di ogni nuova foglia o bocciolo di fiore sulla punta di uno stelo in crescita si basa su un piccolo insieme di principi. Ciò include l’idea che i boccioli producano segnali inibitori che impediscono agli altri boccioli di formarsi troppo vicini. Quando i modelli computazionali della fillotassi seguono questi principi “deterministici”, sono in grado di ricreare il modello a spirale che le gemme formano su un gambo in crescita.

Nelle piante reali, tuttavia, il motivo a spirale non è sempre perfetto. Si ritiene che i disturbi osservati nel pattern riflettano la presenza di fluttuazioni casuali – considerate rumore – nella fillotassi. Ora, usando simulazioni numeriche, Yassin Refai e colleghi hanno notato che i modelli di segnali inibitori in una punta di tiro predeterminano le posizioni di diversi siti concorrenti in cui le gemme potrebbero formarsi in modo robusto. Tuttavia, fluttuazioni casuali nel modo in cui le cellule percepiscono questi segnali inibitori potrebbero disturbare notevolmente i tempi di formazione degli organi e influenzare i modelli di fillotassi.

Basandosi su questo, Refahi e colleghi hanno creato un nuovo modello computazionale di modellamento delle gemme che tiene conto della casualità nel modo in cui le cellule percepiscono i segnali inibitori rilasciati dalle gemme esistenti. Il modello può ricreare con precisione i classici schemi a spirale delle gemme e produce anche schemi occasionali interrotti che sono simili a quelli visti nelle piante reali. Inaspettatamente, Refahi e colleghi mostrano che questi “errori” rivelano informazioni chiave su come potrebbero funzionare i segnali che controllano la fillotassi.

Questi risultati aprono nuove strade di ricerca sul ruolo del rumore nella fillotassi. Il modello può essere utilizzato per prevedere come l’alterazione delle attività dei geni o le diverse condizioni di crescita delle piante potrebbero disturbare questo processo di modellizzazione. Inoltre, il lavoro evidenzia come la struttura dei disturbi in un sistema biologico possa far luce su come funziona il sistema.

Scoprire di più

Leggi il documento di ricerca eLife su cui si basa questo digest eLife: “Un modello multicellulare stocastico identifica filigrane biologiche da disturbi in schemi auto-organizzati di fillotassi” (6 luglio 2016).