I meccanismi di invecchiamento delle piante
A differenza degli animali, che possono evitare lo stress, le piante hanno sviluppato risposte per resistere a fattori che possono essere dannosi per la crescita e la sopravvivenza, a condizioni ambientali e a patogeni. Spesso questo si traduce nella produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), sottoprodotti del metabolismo aerobico. A livelli bassi, ie ROS mediano le risposte allo stress, mentre a concentrazioni più elevate possono portare alla morte cellulare programmata. I ROS possono anche avere un ruolo cruciale in vari processi di sviluppo, come la crescita delle radici capillari e la germinazione di semi. Gli scienziati del progetto finanziato dall’UE PlantAgeing hanno voluto determinare il ruolo dei ROS nella senescenza e nell’invecchiamento delle piante ed estendere le conoscenze esistenti sui determinanti genetici del processo di invecchiamento. L’iniziativa è stata una collaborazione tra gruppi scientifici bulgari e neozelandesi. L’invecchiamento biologico nelle piante Una serie di studi condotti nel corso degli anni ha identificato sia i geni che accelerano la senescenza sia quelli che la ritardano e quindi estendono la durata della vita. Tuttavia, si sa molto poco su come questi geni interagiscono e rispondono a specifici segnali ambientali ed evolutivi. Inoltre, la fase evolutiva di una pianta influisce anche sulla sua capacità di sopportare condizioni ambientali avverse o di avviare la senescenza. I ricercatori di PlantAgeing hanno utilizzato Arabidopsis thaliana mutans con durata di vita estesa o abbreviata oltre a piante dotate di estrema tolleranza allo stress abiotico. Gli agenti che contribuiscono allo stress abiotico comprendono principalmente temperature estreme, salinità elevata, siccità e sostanze inquinanti, tra cui erbicidi. Il team ha eseguito analisi dell'intero genoma, tra cui l’analisi trascrittomica e metabolomica per indagare l’espressione genica e le alterazioni del livello di metaboliti in varie fasi evolutive e sotto stress. Lo studio ha esplorato inoltre le modalità di reazione allo stress ossidativo dei geni responsivi dei ROS. «Abbiamo lavorato con il presupposto che la sovraespressione di un gene regolatore negativo dell’invecchiamento ritarda la senescenza nelle piante transgeniche, mentre la repressione di questo gene l’accelera», spiega il Dott. Gechev, coordinatore del progetto. «L’opposto si verificherà se un gene regola positivamente la senescenza; la sua sovraespressione accelererà l’invecchiamento biologico», continua lo scienziato. Nuovi indizi molecolari sulla durata della vita delle piante La profilazione molecolare, proteomica e metabolomica ha fornito importanti informazioni su come i geni correlati alla senescenza regolano la longevità delle piante. Il confronto genetico tra piante che tollerano lo stress abiotico e piante che tollerano altri tipi di stress ha inoltre fornito informazioni significative sul meccanismo di risposta allo stress. Il gruppo di ricerca ha identificato importanti geni, metaboliti e categorie di lipidi altamente regolati durante il lungo periodo di oscurità nella pianta a fioritura Haberlea rhodopensis. Anche il genoma della pianta che tollera le radiazioni UV Pachycladon cheesemanii è stato sequenziato e sono state classificate le risposte fisiologiche e molecolari alle dosi elevate di radiazioni UV. La senescenza delle piante è di notevole interesse per l’agricoltura poiché la manipolazione potrebbe influenzare in modo significativo la tolleranza delle colture a condizioni avverse, migliorandone il rendimento. I risultati del progetto hanno rivelato nuovi elementi del pathway regolatore dei ROS che modula la senescenza nell’Arabidopsis thaliana. Sebbene sia troppo presto per prevedere l’impatto sull’agricoltura, secondo il Dott. Gechev, «la conoscenza più approfondita del meccanismo che regola l’invecchiamento e la senescenza delle piante contribuirà ad ottenere colture e ortaggi più resistenti e di maggiore durata di conservazione».
Parole chiave
PlantAgeing, pianta, invecchiamento, senescenza, stress, ROS
