Gli scienziati della Wageningen University & Research e i loro colleghi giapponesi e spagnoli hanno trovato nelle piante un interruttore "on/off" e una "manopola del volume" che ne controllano la crescita. L’applicazione di questa scoperta può aiutare i coltivatori a progettare nuove colture che siano, ad esempio, più resistenti alle malattie, alla siccità o alle inondazioni. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Plants.
Il team di ricercatori ha dimostrato che la risposta molto complessa delle piante all'ormone vegetale auxina può essere ridotta a un semplice modello di commutazione. Fondamentalmente, l'auxina commuta da "spento" a "acceso". Allo stesso tempo, un secondo fattore compete con questo "interruttore" e determina quindi la sensibilità di ciascuna cellula all'ormone. I molti modi in cui una pianta risponde all'auxina, dalla radice alla fioritura, sono determinati, per così dire, dall'interruttore di accensione/spegnimento e dal controllo del volume.
È noto che la piccola molecola di auxina controlla molti aspetti della crescita e dello sviluppo delle piante alterando l'attività di vari geni. Le proteine ARF che legano il DNA si legano ai geni e li attivano o disattivano. È l'auxina che determina se le proteine ARF sono attive o meno. La maggior parte delle piante ha diverse proteine ARF, che si sono formate perché durante l'evoluzione sono state create più copie, dopo di che le loro proprietà sono cambiate. Tutto ciò porta a una rete estremamente complessa di proteine ARF che può causare reazioni diverse a un ormone.
Il team ha studiato la risposta all'auxina nel muschio dell'ombrello Marchantia polimorfa. Questa pianta ha il sistema di auxina più semplice ed è stata precedentemente descritta dai ricercatori in una pubblicazione su eLife, per il quale Hirotaka Kato e Sumanth Mutte hanno ricevuto il Wageningen Research Award nel 2019. In questa nuova ricerca Natura Piante il team sfrutta la semplicità del sistema di reazione Marchantia e ne ha meticolosamente mappato il funzionamento utilizzando una combinazione di genetica e biochimica delle proteine. Ciò ha rivelato il semplice sistema di due proteine ARF concorrenti che costituisce l’essenza del sistema auxina.
Proteina ARF1 in Marchantia – L'interruttore di accensione/spegnimento è contrassegnato da una proteina fluorescente (foto: Shubhajit Das)
"Crediamo che i nostri risultati cambieranno radicalmente il modo in cui i ricercatori osservano il funzionamento dell'importante ormone auxina", afferma Dolf Weijers, capo del Laboratorio di biochimica e leader del gruppo di ricerca. “Inoltre, questo grande passo avanti nella nostra conoscenza di come le cellule rispondono all’ormone ci offre opportunità senza precedenti di influenzare la risposta delle colture all’ormone a livello cellulare. La moltiplicazione, la crescita delle radici e molte altre proprietà delle piante dipendono dalla risposta all’auxina”.
Per decenni si è creduto che le piante da fiore, inclusa la pianta modello il crescione, utilizzassero un sistema molto complesso di fattori di risposta per far sì che le cellule rispondessero in modi diversi allo stesso ormone. Pertanto, alcune cellule crescono, altre si dividono e altre ancora si differenziano. Si credeva inoltre che lo stesso ormone provocasse lo sviluppo e la fioritura delle radici, a seconda del punto della pianta in cui si verifica la reazione.
Il gruppo di ricerca ora descrive come ha scoperto un principio molto semplice che è alla base delle complesse risposte all’ormone vegetale auxina. È probabile che questo stesso principio si applichi ad altre specie vegetali che possiedono grandi famiglie di proteine ARF. La ricerca attuale ci insegna come le piante, comprese le colture, rispondono all’ormone.
Il biologo sperimentale Hirotaka Kato, ex Università di Wageningen, ora Università di Kobe, ha collaborato alla sua ricerca innovativa con i colleghi del Laboratorio di Chimica e Biofisica di Wageningen, del Sincrotrone Alba di Barcellona e dell'Università di Kyoto. La ricerca è stata in parte finanziata con una sovvenzione NWO-VICI assegnata a Dolf Weijers nel 2015.
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