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Le piante affamate possono aiutare a nutrire il mondo

Le piante riprogrammano il proprio metabolismo in risposta a una carenza energetica allo scopo di conservare delle risorse. Gli scienziati hanno studiato i meccanismi alla base della limitazione dell’uso di energia per migliorare la sopravvivenza delle piante in considerazione delle domande di cibo da parte di una popolazione globale in aumento e della minaccia del cambiamento climatico.
Le piante affamate possono aiutare a nutrire il mondo
Tutti gli organismi regolano il proprio equilibrio energetico con vie di trasduzione del segnale conservate in cui le chinasi, enzimi (proteine) mediatori della fosforilazione, giocano un ruolo importante. Per sostentare crescita e sviluppo gli organismi modulano tasso di cattura (mediante alimentazione o fotosintesi), stoccaggio e uso delle risorse energetiche.

Quando sono disponibili delle risorse energetiche limitate, gli organismi eucarioti riducono il consumo di energia. Un’inedia prolungata induce una riprogrammazione su larga scala del metabolismo in una risposta chiamata sindrome da carenza energetica (LES, low energy syndrome). Questa è caratterizzata dall’inibizione delle attività di biosintesi e di crescita e dall’induzione di processi catabolici che scompongono le molecole immagazzinate per rilasciare energia.

Gli scienziati hanno studiato la LES nelle piante con il supporto del progetto MERIT (Metabolic reprogramming by induction of transcription), finanziato dall’UE. L’obbiettivo di MERIT era quello di comprendere i meccanismi che regolano l’equilibrio energetico nelle piante e il loro impatto sulla sopravvivenza delle piante in condizioni di stress.

I partner del progetto sono riusciti a identificare le fasi chiave di regolazione e hanno generato molti strumenti per migliorare l’uso dei dati relativi alla genomica delle piante. Un’attenzione particolare è stata prestata ai dati riguardanti transcrittomica, sequenziamento proteome e translatomi. I ricercatori hanno scoperto i primi fattori di trascrizione (la regione basica, proteine a cerniera di leucine bZIP) a essere regolati direttamente mediante fosforilazione dalla proteina chinasi SnRK1 della pianta.

Queste chinasi sono anche essenziali per il bilancio energetico dell’organismo e regolano il metabolismo primario mediante il controllo dei fattori di trascrizione, che controllano l’espressione dei geni che codificano gli enzimi chiave. Essi hanno anche identificato distinti profili metabolici associati alla LES, preparando la strada per svelare le molecole coinvolte nella riprogrammazione metabolica.

MERIT ha mostrato che la trasduzione del segnale SnRK1 e il metabolismo riprogrammato sono cruciali per determinare resistenza e crescita durante l’accrescimento della pianta, e di conseguenza la scoperta del progetto aiuterà a migliorare il raccolto e la resistenza allo stress nelle colture. Inoltre, il consorzio ha esaminato il potenziale commerciale di questo lavoro effettuando degli esperimenti altamente controllati in condizioni riproducibili. Per di più, la partecipazione attiva di leader industriali nella produttività vegetale e nelle colture renderanno possibile lo sfruttamento efficace delle scoperte scientifiche di MERIT con importanti benefici per la popolazione mondiale.

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Keywords

Carenza energetica, bilancio energetico, chinasi, fosforilazione, sindrome da carenza energetica, MERIT, cerniera di leucine, bZIP, SnRK1