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Il funzionamento dell’orologio molecolare delle piante

La maggior parte delle coltivazioni produce il raccolto una volta all’anno. La possibilità di manipolare l’orologio circadiano biologico delle piante potrebbe consentire di ottenere più raccolti ogni anno.
Il funzionamento dell’orologio molecolare delle piante
Il progetto MOLECULAR CLOCK (Sumoylation: A regulatory mechanism for circadian clock function), finanziato dall’UE, ha studiato il modo in cui le piante percepiscono i cambiamenti ambientali e vi rispondono adattando il proprio sviluppo.

I ricercatori hanno esaminato il fotorecettore di luce blu CRYPTOCHROME 2 (CRY2) dell’Arabidopsis, che è stabile al buio ma si fotodegrada se esposto alla luce di colore azzurro. La degradazione del CRY2 è preceduta dalla modificazione post-traslazionale. Inizialmente, l’esposizione alla luce attiva la fosforilazione delle proteine, che è seguita dall’ubiquitinazione del fotorecettore, diretta contro le proteine, successivamente degradate dal proteasoma.

Gli scienziati del progetto MOLECULAR CLOCK hanno studiato la sumoilazione, una modificazione post traslazionale del CRY2 scoperta recentemente. La sumoilazione comporta l’adesione covalente del piccolo modificatore simil-ubiquitina (Small ubiquitin-like modifier, SUMO) alla proteina obiettivo. I ricercatori hanno confermato la sumoilazione del CRY2, identificano uno dei principali obiettivi residui.

Studiando il significato biologico del processo, sono emersi risultati che mostrano come la sumoilazione non avesse colpito il legame del suo cofattore FAD (Flavina adenina dinucleotide), che rende possibile la percezione della luce blu da parte del CRY2. La sumoilazione, inoltre, non aveva modificato la localizzazione subcellulare del CRY2. Importante è anche il fatto che in base ai test di stabilità l’aggiunta di SUMO svolge un ruolo nella regolazione di precisione della degradazione del CRY2 durante la percezione della luce.

L’impatto biologico della sumoilazione comprende anche l’induzione di leggere differenze nella lunghezza dell’ipocotile durante il processo di germinazione. Nei mutanti cry2 il periodo di fioritura è stato ritardato e la complementazione di questo fenotipo è stata osservata attraverso l’espressione di forme mutanti e di forme naturali di CRY2. Tra gli esperimenti, tuttavia, esistevano differenze significative e ciò suggerisce che le variabili in azione non siano limitate esclusivamente ai segnali luminosi. Alcune linee complementari con versioni mutanti di CRY2 avevano mostrato irregolarità nella disposizione delle foglie e i boccioli dei fiori presentavano difetti nella formazione dell’antere.

I risultati ottenuti dalla ricerca del consorzio MOLECULAR CLOCK rivestono notevole importanza, se si considera la scarsità di generi alimentari conseguente all’aumento della popolazione mondiale. Il segnale di ingresso della luce esercita un effetto profondo sulla crescita e sullo sviluppo delle piante e i dettagli molecolari dei regolatori chiave di questo sviluppo aiuteranno a creare piante più adattabili ai cambiamenti climatici. Il CRY2, inoltre, si trova alla base degli strumenti di optogenetica impiegati per controllare l’espressione genica attraverso l’esposizione alla luce. Il perfezionamento di queste tecniche permetterà di ottenere ulteriori miglioramenti nelle rese dei raccolti.

Informazioni correlate

Keywords

Piante, orologio molecolare, raccolti, orologio circadiano, sumoilazione, CRY2, ubiquitina
Numero di registrazione: 181158 / Ultimo aggiornamento: 2016-05-10
Dominio: Biologia, Medicina