Epidermis Cell

3.1 Epidermis

In tutta la pianta, la L1 genera il tessuto epidermico. Nelle antere le cellule EPI si allungano tipicamente in una forma colonnare (Kelliher & Walbot, 2011). Poca attenzione è stata dedicata alle fasi di differenziazione delle cellule epidermiche dell’antera. Nel mais, il tessuto manca di stomi, ma questi pori si formano nel mutante msca1 (Chaubal et al., 2003), suggerendo che la mancanza di cellule AR, che normalmente modellano le cellule L2-d, risulta anche in un difetto epidermico, cioè il fallimento dell’EPI di acquisire un’identità anterica. Almeno nelle erbe e nelle dicotiledoni modello, i tessuti epidermici dell’antera spesso mancano di peli, tricomi e altre strutture epidermiche specializzate che si trovano nelle foglie e nelle radici. L’epidermide è uno strato continuo liscio che racchiude l’antera e il filamento, ma ci sono eccezioni come Chelone glabra L. (Arekal, 1963) in cui le antere sono coperte da peli epidermici. Questo esempio evidenzia una caratteristica importante degli studi sulle antere: Le “regole” o generalizzazioni tratte dalle tre piante modello avranno quasi sempre delle eccezioni all’interno delle angiosperme. Inizialmente le cellule epidermiche dell’antera mancano di una cuticola definitiva e, almeno nel mais, le antere sono immerse in un fluido, forse eliminando il requisito di una tenuta stagna prodotta dall’epidermide. Più tardi nello sviluppo viene prodotta una cuticola, e questo processo è stato analizzato al microscopio (Cheng, Greyson, & Walden, 1986). È interessante notare che la mutazione del riso wax-deficient anther1 (wda1) colpisce sia la formazione della cuticola dell’antera che i materiali di esina secreti dal tapeto per rivestire i grani di polline in via di sviluppo (Jung et al., 2006), suggerendo che ci possono essere programmi specifici dell’antera per la secrezione di molecole complesse.

L’EPI persiste come tessuto vivo durante lo sviluppo dell’antera, e deve infine essere “aperto” per permettere la dispersione del polline. L’organizzazione dell’epidermide è coordinata con il sottostante EN, l’unico altro strato di tessuto persistente nella maggior parte delle angiosperme, per contenere prima il polline in sviluppo e poi rilasciarlo. È stato proposto che l’EPI colonnare abbia rinforzi della parete cellulare sfalsati di 90° rispetto ai rinforzi della parete delle cellule EN sottostanti, che sono radialmente allungate e corte per aggiungere forza alla parete esterna dell’antera, un po’ come un pneumatico radiale con cintura d’acciaio (Kelliher & Walbot, 2011).

Nel mais, e probabilmente nelle graminacee in generale, l’epidermide dell’antera è fondamentale per la produzione di 21-nt di piccoli RNA fasati (phasiRNA) (Zhai et al, 2015); i fasiRNA riproduttivi maschili sono stati recentemente rilevati anche in alcune dicotiledoni (R. Xia e B. C. Meyers, comunicazione personale). Nel riso, mutazioni in due dei molti loci PHAS 21-nt conferiscono la sterilità maschile dipendente dalla lunghezza del giorno e dalla temperatura (Ding et al., 2012; Fan et al., 2016). Questa sterilità maschile è la tecnologia chiave per la produzione di semi di riso ibrido in Cina. Meccanicamente, il ruolo(i) dei fasiRNA 21-nt sono ancora oscuri; tuttavia, data la loro connessione al controllo della fertilità, c’è un crescente interesse nella loro analisi. Nel mais, questa classe di piccoli RNA è prodotta da più di 400 loci e collettivamente i fasiRNA raggiungono il picco di abbondanza all’inizio dello sviluppo dell’antera. Allo stadio di lunghezza dell’antera di 0,4 mm, quando le PPC completano le divisioni periclinali per produrre le cellule EN subepidermiche e le SPC, i fasiRNA 21-nt sono circa due terzi di tutti i piccoli RNA 21-nt nelle antere (Zhai et al., 2015). Con l’ibridazione in situ, tre componenti della via di biogenesi 21-nt phasiRNA-microRNA2118, Dicer-like 4 (DCL4) trascrizioni, e PHAS precursori trascrizioni-localizzano all’epidermide (Zhai et al., 2015). I prodotti 21-nt sono prontamente rilevati in entrambi i EN e SPCs. Nei mutanti maschi sterili ocl4, che mancano di un fattore di trascrizione bZIP espresso nelle cellule epidermiche in tutta la pianta (Vernoud et al., 2009), i trascritti 21-nt del locus PHAS sono assenti o non rilevabili e di conseguenza mancano anche i piccoli RNA (Zhai et al., 2015). Collettivamente, questi risultati suggeriscono che le cellule epidermiche differenzianti dell’antera sono responsabili della biogenesi dei 21-fasiRNA. Una speculazione è che i phasiRNA 21-nt sono un segnale dall’EPI ad altri tessuti somatici. Tracciare il movimento e scoprire i bersagli dei fasiRNA 21-nt potrebbe implicarli come molecole segnale di coordinamento.

In termini di anatomia dell’antera, OCL4 sembra reprimere la divisione periclinale nelle cellule endoteliali di nuova formazione: in sua assenza, le cellule EN dell’emisfero esterno, quelle più lontane dal tessuto connettivo, subiscono una singola divisione periclinale ectopica (Vernoud et al., 2009; Wang et al., 2012), con conseguente sterilità maschile. Di conseguenza, questo mutante definisce emisferi prossimali (adiacenti al connettivo) e distali (lontani dal connettivo) all’interno dei lobi dell’antera. Poiché OCL4 si localizza nell’epidermide, il difetto anatomico è attribuito alla segnalazione dall’EPI al sottostante EN. Un’ispezione più approfondita della localizzazione del microRNA2118 indica che il segnale di ibridazione in situ più forte si verifica nelle cellule centrali dell’arco più esterno di ogni lobo dell’antera. Questa è anche la distribuzione di Ocl4 RNA (Vernoud et al., 2009) suggerendo che questa posizione polare è un secondo punto di riferimento oltre alla zonazione dell’emisfero equatoriale all’interno dei lobi. Questa posizione polare segna anche la zona in cui i trascritti Ms23 scompaiono per la prima volta dallo strato medio (Nan et al., 2017). Così, anche se le cellule epidermiche dei lobi dell’antera sono simili al microscopio, c’è una zona di diverse cellule viste trasversalmente e come una striscia vista longitudinalmente lungo l’arco esterno di ogni lobo che hanno proprietà organizzatrici. Questa zona può servire come fonte di segnali da cellula a cellula (come i fasiRNA 21-nt e il repressore sconosciuto OCL4-dipendente) che coordinano lo sviluppo subepidermico dell’antera.