Poliploidia la plante

Poliploidia înseamnă prezența a mai mult de două seturi complete de cromozomi în celule. În plante poate apărea prin formarea unor gameți cu seturi nereduse sau prin dublarea cromozomilor. O plantă tetraploidă are patru seturi, nu doar un cromozom în plus. Poliploidia poate modifica dimensiunea celulelor, fertilitatea și unele caracteristici ale plantei. În evoluția plantelor, duplicarea întregului genom a avut un rol important în diversificare.

Nu toate plantele poliploide sunt identice și nu toate sunt sterile. Un triploid are trei seturi și poate avea fertilitate redusă, deoarece cromozomii se împart dificil în meioză; acesta este unul dintre motivele folosirii unor varietăți cu fructe fără semințe viabile. Într-o schemă, numără seturile complete, nu cromozomii individuali fără a le grupa. Separă poliploidia de aneuploidie, în care lipsește sau se adaugă unul ori câțiva cromozomi față de setul obișnuit. Lecțiile Aneuploidiile umane și Speciația oferă comparația genetică și contextul apariției unor linii noi de plante.

Autopoliploidia înseamnă multiplicarea seturilor din aceeași specie, iar alopoliploidia combină genomurile a două specii diferite, urmată de dublarea setului. Diferența contează la meioză: într-un autopoliploid fiecare cromozom are mai mulți omologi, iar într-un alopoliploid cromozomii fiecărui genom își găsesc partenerul în propriul set, deci meioza decurge, în general, normal. Poliploidia poate contribui la speciație rapidă, dar consecințele depind de compatibilitatea cromozomială și de selecție.

Poliploidia se formează pe două căi: prin gameți nereduși ($2n$ în loc de $n$) sau prin dublarea cromozomilor într-un zigot ori într-o celulă somatică. Colchicina, o substanță care împiedică formarea fusului de diviziune, oprește mitoza în metafază, iar celula rămâne cu setul dublat. Exemple: cartoful cultivat este tetraploid ($2n=4x=48$), banana Cavendish este triploidă ($2n=3x=33$), căpșunul cultivat este octoploid ($2n=8x=56$), grâul de cultură este hexaploid ($2n=6x=42$). În notația $2n=4x=48$, $x$ este numărul de cromozomi dintr-un set (12 la cartof), iar 4 arată numărul seturilor.

Triploidul are fertilitate foarte redusă: la meioză cromozomii se grupează câte trei și se distribuie inegal, iar gameții rezultați au numere dezechilibrate de cromozomi. Tetraploidul are meioză normală dacă cromozomii se asociază în perechi. Un triploid se poate totuși înmulți vegetativ, ca banana Cavendish, care se propagă prin lăstari.

Exemplu rezolvat 1: pepenele verde fără semințe. Pepenele diploid are $2n=22$.

1. O plantă diploidă este tratată cu colchicină: celulele își dublează setul și rezultă o plantă tetraploidă cu $4n=44$.
2. Planta tetraploidă (parte femelă) este polenizată cu polen de la o plantă diploidă. Gameții tetraploidului au $n=22$, cei ai diploidului au $n=11$, deci semințele conțin embrioni cu $22+11=33$ de cromozomi (triploizi, $3n$).
3. Planta triploidă formează fructe, dar semințele nu se dezvoltă, pentru că meioza este perturbată. Pentru ca fructele să se formeze este nevoie totuși de polen de la o plantă diploidă, plantată alături.

Exemplu rezolvat 2: originea grâului de cultură (alopoliploidie). Grâul tetraploid Triticum turgidum (genomurile $AABB$, $2n=28$) s-a încrucișat cu Aegilops tauschii (genomul $DD$, $2n=14$).

1. Gameții au $n=14$ ($AB$) și $n=7$ ($D$), deci hibridul $ABD$ are $14+7=21$ de cromozomi.
2. În hibrid niciun cromozom nu are omolog, așa că la meioză nu se pot forma perechi, iar hibridul este steril.
3. După dublarea setului ($21\cdot 2=42$), fiecare cromozom are partener: se formează 21 de perechi, meioza decurge normal, iar planta $AABBDD$ este fertilă. Rezultă grâul hexaploid, $2n=6x=42$.

Efectele poliploidiei asupra plantei sunt dimensiuni mai mari ale celulelor, frunzelor, florilor și fructelor (gigantism) și, uneori, toleranță mai mare la condiții de mediu. Poliploidia este frecventă la plante, la care duplicarea genomului a însoțit apariția multor specii noi, și rară la animale, în parte pentru că determinarea sexului, bazată pe cromozomii sexuali, este perturbată de seturile suplimentare.

Greșeli frecvente

• Greșit: Poliploidia înseamnă câțiva cromozomi în plus, nu seturi întregi.
  Corect: Poliploidia schimbă numărul seturilor complete; aneuploidia privește cromozomi individuali.
• Greșit: $4n$ înseamnă patru cromozomi în orice specie.
  Corect: $4n$ înseamnă patru seturi de cromozomi; numărul total depinde de $n$.
• Greșit: Un triploid este fertil, fiindcă are un număr mare de cromozomi.
  Corect: Un triploid este în general steril, deoarece cromozomii nu se pot repartiza egal la meioză.

Înainte și după