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Un nuovo strumento molecolare rivela come il muschio affronta la contaminazione

Alcuni ricercatori botanici finanziati dall’UE hanno ottenuto importanti approfondimenti sui meccanismi che consentono ad alcune specie di muschio di tollerare l’accumulo di metalli pesanti.

Cambiamento climatico e Ambiente

Le emissioni di metalli pesanti provenienti dalle attività dell’uomo rappresentano un problema ambientale significativo a causa della tossicità e della persistenza elevate di tali inquinanti nei suoli, nei corpi idrici e nell’atmosfera. Conoscere come gli organismi viventi interagiscono con questi inquinanti è fondamentale per comprendere e gestire meglio gli effetti dell’inquinamento negli ecosistemi, i loro componenti e le loro funzioni. Le piante in generale, e il muschio in particolare, impiegano meccanismi molecolari altamente sofisticati per far fronte a pressioni ambientali quali la contaminazione da metalli pesanti, la siccità o gli alti livelli di radiazione ultravioletta. Pertanto, costituiscono una preziosa risorsa biologica per lo studio, in quanto sessili e quindi incapaci di sfuggire a ciò che li circonda. Il progetto Bryomics ha utilizzato il muschio per aumentare la comprensione degli scienziati sulle interazioni tra organismi viventi e inquinamento da metalli pesanti, oltreché per scoprire geni e prodotti genetici per lo sviluppo di strumenti biotecnologici destinati alla bonifica della qualità dell’aria e al miglioramento delle colture. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie.

Un nuovo approccio

I ricercatori hanno esplorato i meccanismi alla base della variazione intraspecifica nell’accumulo e nella tolleranza di metalli pesanti in due specie di muschio terrestre con affinità contrastanti ai metalli pesanti. Si trattava del muschio-rame Scopelophila cataractae, che è principalmente limitato ai substrati arricchiti di metalli pesanti, e del Cerponus purpureus, di maggiore estensione, che può vivere sia su substrati inquinati che non inquinati. Gli scienziati hanno coltivato il muschio in laboratorio utilizzando trattamenti arricchiti con controllo, cadmio (Cd) e rame (Cu). Essi hanno determinato la risposta a questi inquinanti misurando l’accumulo di Cd e Cu e le prestazioni delle piante. «Abbiamo utilizzato l’epigenotipizzazione mediante sequenziamento (epiGBS, epigenotyping by sequencing) per creare la metilazione del DNA e i profili genetici dei campioni; e abbiamo utilizzato il sequenziamento dell’RNA per rilevare gli eventuali cambiamenti generali dell’espressione genica e i geni specifici associati all’esposizione al Cu», afferma la borsista Teresa Boquete. La metilazione del DNA è un marcatore chimico con gruppo metilico che può essere aggiunto o rimosso dalla molecola del DNA, provocando cambiamenti nell’espressione genica senza alterazione della sequenza nucleotidica di base del DNA. I modelli di metilazione del DNA sono flessibili, dinamici e sensibili allo stress ambientale, il che fornisce alle piante un meccanismo che potenzialmente consente loro di adattarsi rapidamente ed efficacemente a nuove condizioni ambientali. «Il ruolo della metilazione del DNA nella capacità del muschio terrestre di affrontare l’inquinamento da metalli pesanti non era mai stato studiato prima», spiega la Boquete.

Vantaggi per le colture e per l’ambiente

I risultati hanno dimostrato per la prima volta l’esistenza di differenze intraspecifiche nella tolleranza ai metalli pesanti nello specialista dei metalli S. cataractae. «Tali differenze sono legate ai livelli di contaminazione nei loro ambienti originali e le piante che crescono nei terreni più contaminati hanno mostrato una maggiore tolleranza», commenta la Boquete. «Abbiamo anche dimostrato che, nel caso del C. purpureus, le piante femmina sono più tolleranti ai metalli pesanti rispetto alle piante maschio». Questi risultati contribuiranno a fornire un quadro più chiaro di problemi quali la contaminazione e la produzione agricola in condizioni non ottimali. «L’identificazione di geni candidati implicati nell’accumulo e nella tolleranza di metalli pesanti può essere utilizzata anche per progettare, ad esempio, piante che aiutino ad eliminare questi contaminanti dall’ambiente», sottolinea la Boquete. BRYOMICS costituirà, infine, la base per progetti più ampi in cui il ruolo ecologico ed evolutivo dell’epigenetica potrebbe essere valutato in profondità utilizzando una gamma più ampia di specie di briofite.

Parole chiave

BRYOMICS, metallo pesante, muschio, DNA, rame (Cu), Scopelophila cataractae, Ceratodon purpureus, cadmio (Cd), epigenotipizzazione mediante sequenziamento (epiGBS), RNA

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