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L’imaging della simbiosi

Uno studio europeo ha sviluppato strumenti di imaging innovativi per studiare la simbiosi delle piante con i funghi colonizzatori. Le attività svolte hanno fornito informazioni dettagliate senza precedenti sulle strutture e sulle molecole implicate nel processo di simbiosi.
L’imaging della simbiosi
La simbiosi dell’Arbuscular mycorrhiza (AM) è un’associazione fungo-pianta che facilita lo scambio bidirezionale di metaboliti come il fosfato inorganico da parte dell’organismo ospite. I funghi AM formano complesse strutture alimentari chiamate arbuscoli nelle radici di molte piante, determinando eventi di riprogrammazione che culminano con la sintesi di una membrana derivata dall’organismo ospite che circonda l’arbuscolo, chiamata membrana peri-arbuscolare. Il processo e la dinamica della biogenesi di tale membrana, tuttavia, sono ancora poco caratterizzati.

Gli scienziati del progetto ENDOSYM (3-D quantitative modelling of eukaryotic endosymbiosis: a pioneering innovative imaging approach), finanziato dall’UE, hanno cercato di sviluppare nuove tecniche di bioimaging che permettono di ottenere l’imaging 4D dei tessuti profondi di cellule viventi delle dinamiche della membrana e di svolgere analisi ultra-strutturali ad alta risoluzione.

I ricercatori hanno stabilito un modello di simbiosi AM tra riso e Rhizophagus irregularis, applicando la microscopia confocale multi-fotonica (MPCM) ad alta risoluzione e la tomografia ultra-strutturale. Per facilitare l’imaging delle cellule viventi, la radici del riso sono state ingegnerizzate in modo da esprimere una forma fluorescente del trasportatore di fosfato colonizzato dalla mycorrhiza, PT1, e per l’imaging MPCM sono stati utilizzati altri marcatori di membrana fluorescenti subcellulari.

I risultati indicano per la prima volta che la localizzazione del PT11 nella membrana peri-arbuscolare degli arbuscoli in sviluppo si verifica in foci distinti che circondano le punte delle ramificazioni più sottili. L’imaging temporale della localizzazione del PT11 suggerisce che esso influenza direttamente la ramificazione degli arbuscoli o che sono questi ultimi a determinare tale localizzazione.

Per quanto riguarda le strutture della membrana 3D, gli scienziati hanno testato vari approcci il mantenimento della membrana. Utilizzando il congelamento ad alta pressione, hanno osservato nuove estensioni della membrana tubulare fungina simili a nanopodi e hanno convalidato la natura complessa della membrana peri-arbuscolare.

Nel complesso, i ricercatori hanno dimostrato che la simbiosi dell’AM rappresenta un eccellente sistema modello per chiarire i processi molecolari che si trovano alla base della complessa riprogrammazione mediata dagli invasori degli organismi eucarioti. Le tecniche di imaging che sono state sviluppate potrebbero essere applicate anche ad altri sistemi per ottenere informazioni molecolari e strutturali di grande importanza.

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Keywords

Simbiosi, Arbuscular mycorrhiza, ENDOSYM, Rhizophagus irregularis, PT11