Organismi modello in biologia vegetale: esempi per la ricerca e la didattica

Model organisms play a fundamental role in plant biology, aiding in investigating important physiological processes common to the plant kingdom. The most significant plant model organisms range in diversity from the unicellular alga Chlamydomonas, main model for the study of oxygenic photosynthesis, to the tiny dicotyledonous angiosperm Arabidopsis thaliana, passed from an insignificant weed to the perhaps most cited species in the scientific literature in the field of plant molecular biology. Many other species are studied in plant physiology, and are therefore “experimental organisms”, but only a few of these are actually “model organisms”, due to specific characteristics such as easy cultivation, small genome size and possibility of being genetically engineered. To investigate the physiological and molecular mechanisms of particular groups of plants, we can add more species to the list of model organisms, such as maize, representing monocots with C4 photosynthetic metabolism, Medicago truncatula, from the legume family, which has helped investigate symbiosis with nitrogen fixing bacteria, and Nicotiana tabacum, which for many years received funding from the tobacco industry. The characteristics that make a plant species a good model organism are also those that make it optimal material for teaching resources at all levels.

Gli organismi modello hanno rappresentato in biologia vegetale dei sistemi fondamentali per delucidare importanti processi fisiologici comuni al regno delle piante. I più significativi organismi modello vegetali spaziano nella loro diversità dall’alga unicellulare Chlamydomonas, modello principale per lo studio della fotosintesi clorofilliana, alla piccola angiosperma dicotiledone Arabidopsis thaliana, passata da insignificante infestante alla specie forse più citata nella letteratura scientifica sulla biologia molecolare delle piante. Molte altre specie sono oggetto di studio della fisiologia vegetale, e sono quindi “organismi sperimentali”, ma solo alcune tra queste possono essere definite “organismi modello”, in base ad alcune particolari caratteristiche come ad esempio la semplicità di coltivazione, le piccole dimensioni del genoma e la facilità di trasformazione mediante tecniche di ingegneria genetica. Per indagare sui meccanismi fisiologici e molecolari di particolari gruppi di piante, alla lista di organismi modello vegetali possiamo aggiungere ancora il granturco, rappresentante delle monocotiledoni con metabolismo fotosintetico C4, la Medicago truncatula, una leguminosa che ha permesso di approfondire gli studi sulle simbiosi con i batteri azoto-fissatori, e la Nicotiana tabacum, su cui si sono riversati per decenni i fondi di ricerca provenienti dalle multinazionali del tabacco. Le caratteristiche che fanno di una specie vegetale un buon organismo modello sono in parte anche quelle che la rendono un organismo particolarmente adatto alla sperimentazione didattica a tutti i livelli.