Produzione di sistemi vegetali tramite biotecnologie

Attraverso le colture su terreni solidi o liquidi si persegue l'ottenimento di due tipologie di prodotti:

- le piante rigenerate, attraverso clonazione e selezione con metodologie biotecnologiche;

- gli aggregati indifferenziati di cellule, tenuti in sospensione in supporto liquido (bioreattori) e utilizzati per ottenere principi attivi ed altri prodotti di biotrasformazione.

La produzione di sistemi vegetali è perseguita tramite due metodologie: la micropropagazione e la coltura di calli.

Micropropagazione

Consiste nella coltivazione in vitro di apici meristematici della radice o del germoglio di piante sia legnose che erbacee, allo scopo di ottenere un elevato tasso di propagazione cellulare. Queste colture sono chiamate plantule. Attraverso l'utilizzo di determinati ormoni nel terreno di coltura è possibile indirizzare la differenziazione cellulare, delle nuove cellule generate, mentre, al tempo stesso, sono mantenute quelle meristematiche.

Colture di calli

Si utilizzano espianti (frammenti di organi vegetali primari) che vengono impiantati in vitro su opportuni terreni di coltura, dotati di nutrienti e di specifici ormoni vegetali, per ottenere dei calli, ovvero degli ammassi di tessuti indifferenziati che mantengono la capacità di differenziarsi in diversi modi, tramite la successiva modificazione dell'apporto nutritizio ed ormonale. 

Quindi cellule isolate da tessuti vegetali vengono poste in condizioni ambientali ottimali in relazione a nutrienti, ormoni, temperatura, luce, sali minerali, pH, ecc., per essere indotte a crescere e moltiplicarsi in modo controllato.

Dal callo si ottengono:

- aggregati cellulari per la micropropagazione;

- produzione di metaboliti secondari;

- materiale per la ricerca di base;

- protoplasti (cellula vegetale privata di parete e membrana) per la rigenerazione;

- tessuti per la rigenerazione.

Dopo la rigenerazione si saranno ottenuti o una nuova pianta intera o nuovi organi vegetali. Da qui si attua un nuovo espianto per ottenere un nuovo callo dal quale ricomincia il ciclo produttivo.

La rigenerazione segue due vie: embriogenesi e organogenesi.

1) Embriogenesi: il tessuto indifferenziato viene indirizzato alla produzione di un embrione somatico, dal quale viene rigenerata la pianta intera (differentemente da un embrione zigotico, non vi è ricombinazione genica). 

Si parte da cellule vegetative, da cellule appartenenti ai tessuti dell'ovulo o da cellule uovo ancora non fecondate. Si ottiene il callo, dal quale, con l'appropriata aggiunta di ormoni, si genera l'embrione somatico. Da questo, sempre in vitro, viene generata la plantula che viene infine posta a dimora ottenendo la pianta intera.

2) Organogenesi: il tessuto posto in coltura viene indotto prima ad una dedifferenziazione con produzione di cellule totipotenti nuovamente in grado di fare mitosi, poi indirizzato, con l'opportuno ausilio di ormoni, verso l'originazione di germogli o radici, i quali vanno a costituire la "plantula".

Esempio di dosamento in mg/l di auxine e citochine nell'organogenesi in vitro di Nicotiana tabacum:

- generazione del callo --> 2,0 e 0,03;

- generazione solo dei germogli --> 4,0 e 2,56;

- generazione solo delle radici --> 0,1 e 0; 

- generazione della plantula (germogli + radici) --> 3,0 e 1,0.

Da ciò si rende manifesto come il rapporto tra le concentrazioni di auxine e citochine sia un fattore determinante nella programmazione morfogenetica.

Tramite la luce, così come in natura, si induce la produzione di glucosio (amido primario e secondario).