Frutti sotto controllo genetico
La ricerca FRUIT LOOK, finanziata dall’UE, ha esaminato la genetica e le reti genetiche dietro la formazione dei frutti in piante molto diverse, da quella modello Arabidopsis thaliana fino al suo predecessore ancestrale, il muschio Physcomitrella patens. Mettendo in ordine megadati alla ricerca di prove delle reti di geni, il gruppo di ricerca ha anche studiato specie di Solanum (pomodoro), Antirrhinum e Nicotiana. Sinergia in collaborazione con competenze complementari sparsi tra Nord America ed Europa, sei partner hanno donato la loro esperienza in diversi settori di ricerca, comprendenti biologia riproduttiva, genetica dello sviluppo, genomica funzionale e genetica molecolare, offrendo una piattaforma e un ambiente eccellenti per la formazione di giovani ricercatori. Rinforzati da una piattaforma di scambio intercontinentale, i membri hanno utilizzato strumenti genomici, analisi ChIP, interazioni proteina/proteina e manipolazione dell’omeostasi ormonale per chiarire i meccanismi che controllano la formazione, la crescita e la maturazione dei frutti. Come sottolinea la prof.ssa Simona Masiero, coordinatrice del progetto, «Il successo di questo schema ha portato a rapporti di lavoro che hanno superato l’ambito di un singolo progetto e molti membri del personale di entrambi i continenti trarranno beneficio ora e in futuro». Sviluppi fruttuosi su struttura e funzione In sostanza, il frutto si è evoluto per proteggere i semi e garantire la loro dispersione e crescita. I frutti sono formati dal gineceo maturo fertilizzato, sebbene, specialmente nei frutti carnosi, siano necessari ulteriori componenti floreali. FRUIT LOOK ha contribuito con successo a chiarire meglio le reti molecolari, genetiche e fisiologiche che modulano i modelli e la crescita dei frutti nell’Arabidopsis thaliana. Significativamente, le informazioni sono state trasferite a importanti colture agricole, quali pomodori, tabacco e legumi vari. La morfologia e la funzione dei frutti dipendono in gran parte dal modello di gineceo, la parte riproduttiva femminile della pianta. Questo contiene l’ovaia, che poi si sviluppa nel frutto dopo la fecondazione. I ricercatori di FRUIT LOOK hanno generato mutanti di ordine elevato da regolatori già noti per stabilire relazioni genetiche tra di loro. I risultati dimostrano che le cascate molecolari provengono da questi regolatori. Gli ormoni entrano di nuovo in azione! Oltre all’azione di regolatori genetici, ormoni quali auxina, citochinina e gibberellina si comportano come morfogeni nella formazione del gineceo. Gli scienziati hanno assegnato nuovi ruoli per l’omeostasi dell’auxina all’interno del fiore. È stato inoltre scoperto un altro ruolo per l’acido abscissico (ABA). Il gruppo si è concentrato sull’ABA e sul suo ruolo in eventi di fecondazione e maturazione. Hub e reti di database Come esempio dell’approccio con megadati, il gruppo di ricerca ha fatto uso di Solcyc, un hub di database per la curation manuale di reti metaboliche in database specifici nella famiglia delle Solanacee (che include patate, pomodoro e peperone e il genere del tabacco). Il lavoro svolto dal consorzio FRUIT LOOK è orientato globalmente a un approccio di biologia dei sistemi. Unendo i dati sui regolatori della formazione del frutto, i ricercatori hanno identificato regolatori a monte e i loro geni bersaglio per costruire reti dettagliate. L’eredità della formazione FRUIT LOOK FRUIT LOOK ha avuto un impatto molto alto per tutti i ricercatori coinvolti, sia per i ricercatori in fase iniziale (ESR) sia per quelli già esperti. «Gli ESR hanno avuto l’opportunità di visitare laboratori all’estero e di lavorare in istituti di ricerca ad alta tecnologia», sottolinea la prof.ssa Masiero. I dottorandi hanno avuto l’opportunità di generare i propri dati e di collaborare all’analisi. Testimonianza del livello di formazione che i ricercatori hanno ricevuto è il numero di ricerche che hanno garantito. Fino ad oggi, due ESR hanno ottenuto posizioni come dottorandi, una studentessa ha terminato il suo dottorato e altri tre sono diventati ricercatori. Tre pubblicazioni su riviste congiunte sottoposte a revisione paritaria abbracciano una vasta gamma di temi: dalla modellizzazione dell’embrione, al rilevamento e controllo dell’auxina, all’arresto del meristema e alle reti metaboliche. Altri due articoli sono in fase di revisione. La prof.ssa Masiero riassume il successo del progetto FRUIT LOOK: «FRUIT LOOK ha fornito sostanziali progressi in processi che sono centrali per i selezionatori, quali i processi di maturazione dei frutti e lo scambio di segnali tra frutti e semi». L’attenzione ai percorsi che controllano lo sviluppo riproduttivo aggiunge ulteriore importanza a questo progetto, poiché i cambiamenti climatici e l’aumento globale dei prezzi alimentari evidenziano la necessità di concentrare le risorse per il mantenimento e il miglioramento della sicurezza alimentare.
Parole chiave
FRUIT LOOK, frutto, rete, gene, regolatore, auxina, acido abscissico (ABA)