Negli organismi viventi, lo sviluppo è una combinazione di molteplici processi coordinati che interagiscono nel tempo e nello spazio nel corso della crescita. Una nota stonata nella delicata sinfonia può avere conseguenze catastrofiche. Tuttavia, la partitura precisa di questa musica biologica è spesso un mistero per gli scienziati. Una soluzione consiste nell'utilizzare tecniche di microscopia avanzate per osservare la crescita degli organi in tempo reale. La sfida è che tali approcci sono poco adatti al monitoraggio a lungo termine. Inoltre, possono stressare gli organi, interrompendo lo sviluppo.
Per affrontare questo problema, i ricercatori dell'INRAE hanno sviluppato un metodo unico che hanno applicato alle piante. In primo luogo, attingendo a numerose singole piante, gli scienziati fotografano le foglie che rappresentano la gamma delle fasi di sviluppo. Applicando algoritmi mirati a questo catalogo fotografico, è possibile assegnare a ciascuno un'età foglia e ricostruire lo sviluppo nel tempo. Per aiutarli in questo compito, i ricercatori sfruttano un programma software open source, MorphoLeaf, che hanno sviluppato nel 2016 in collaborazione con ENS de Lyon.
Il passo successivo è stato quello di utilizzare il metodo per documentare in modo completo lo sviluppo delle foglie nella pianta modello Arabidopsis thaliana. Per un periodo di diverse settimane, gli scienziati hanno raccolto foglie da centinaia di specie selvatiche e ceppi mutanti; quest'ultimo aveva modificazioni genetiche che interessano forma di foglia. Uno dei principali vantaggi di questo metodo è la sua facilità di implementazione: non richiede attrezzature sofisticate. In effetti, è stato utilizzato un microscopio standard per fotografare i primi stadi di sviluppo (dimensione foglia < 0.1 mm) e uno scanner piano per gli stadi di sviluppo successivi (dimensione foglia > 1 cm).
https://www.youtube.com/embed/UU2YahNiTpI?color=whiteReconstructing the complete story of leaf development. Credit: INRAE – Jasmine Burguet
Le immagini hanno raccontato una storia precisa dello sviluppo delle foglie, chiarendo punti chiave nello spazio e nel tempo che contribuiscono notevolmente allo sviluppo in generale. In particolare, l'analisi ha rivelato che le piante selvatiche e mutanti possono avere identiche traiettorie di sviluppo iniziale che poi divergono in specifici stadi successivi.
Questa comprensione dettagliata dello sviluppo delle piante può informare le strategie future per ottimizzare la crescita delle piante. L'approccio dei ricercatori è estremamente flessibile e può essere adattato a qualsiasi tipo di organo, anche negli animali. Potrebbe quindi trattarsi di un prezioso strumento negli studi che cercano di demistificare organi e organismi sviluppo.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Biologia vegetale quantitativa.