La base genetica dell’orologio circadiano I cambiamenti giornalieri e stagionali del ciclo giorno-notte determinano variazioni corrispondenti della biologia e del comportamento attraverso l’orologio circadiano. I ricercatori finanziati dall’UE hanno studiato in che modo i cambiamenti dei geni che si trovano alla base dell’orologio comportano differenze per il metabolismo delle piante. Salute © Thinkstock La variazione naturale dell’orologio circadiano influisce sulle interazioni tra i fattori ambientali e i tempi di importanti processi fisiologici dei vegetali, e potrebbe determinare complesse interazioni tra genotipo e ambiente, causa a loro volta di cambiamenti rilevanti dei livelli di metaboliti. Il progetto NETWORK QTL MAPPING (“Network QTL mapping of circadian clock”) ha clonato tre loci metabolici che controllano la variazione del risultato circadiano nell’Arabidopsis, ricercando inoltre i geni omologhi di due componenti della famiglia della Brassica, la Brassica oleracea (che include i cavoli e i broccoli) e la Brassica rapa (che comprende rapa e senape). I componenti del team hanno studiato i fenotipi, tra cui data di comparsa delle infiorescenze, diametro delle rosette e tempo di fioritura, tutti fattori influenzati dal controllo dell’orario della luce diurna. Tra i metaboliti secondari sottoposti ad analisi ci sono i glucosinolati e i composti fenolici, fitochimici che potrebbero essere collegati all’attività antiossidante. Il team ha clonato tre loci che controllano la variazione dell’orologio circadiano dell’Arabidopsis Bay x Sha che determina il momento della fioritura. La mappatura ad alta risoluzione e l’identificazione in silico dei geni candidati hanno permesso di moltiplicare i tre geni, dopo di che i ricercatori hanno sviluppato i marcatori necessari per eseguire uno screening degli eventi di ricombinazione e per identificare le regioni più piccole del locus testato, restringendo le regioni a circa 30 geni. In parallelo, il consorzio NETWORK QTL MAPPING ha creato reti per tutti i loci delle regioni. Poiché i geni dello stesso percorso hanno modelli di espressione simili attraverso condizioni temporali e fisiologiche diverse, i ricercatori hanno collegato ogni gene candidato ai geni coespressi attraverso quasi 1 400 test di microarray e hanno poi ricercato i geni omologhi della B. oleracea e della B. rapa. Dall’analisi sono emersi tre geni candidati per il contenuto di glucosinolato e cinque per il tempo di fioritura, tutti caratterizzati da ritmi circadiani elevati. Avvalendosi di linee mutanti e transgeniche, il progetto ha testato se i geni controllassero la variabilità dei fenotipi. Tutti i candidati per la produttività del glucosinolato e due geni del tempo di fioritura hanno mostrato il fenotipo previsto. Una conoscenza chiara delle molecole biochimiche che si trovano alla base dell’accumulo dei metaboliti secondari in importanti vegetali utilizzati per l’alimentazione e la loro correlazione con il meccanismo del ritmo circadiano potrà essere estremamente utile ai fini della coltivazione. La Brassica include anche varietà utilizzate per la produzione di olio, mangimi e senape, oltre ad essere ecologicamente importante per le larve delle farfalle e delle tarme. Parole chiave Orologio circadiano, metabolismo delle piante, Brassica, tempo della fioritura, glucosinolati
