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Unraveling the regulatory network of developmental programmed cell death in plants

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La ricerca sulla morte delle cellule vegetali potrebbe favorire lo sviluppo delle colture

La rivelazione dei misteri che si celano dietro la morte cellulare programmata nelle piante ha aperto la porta a un nuovo campo di ricerca e potrebbe un giorno aiutare gli scienziati a selezionare colture più resilienti.

Ricerca di base

La morte cellulare programmata è un processo fondamentale per lo sviluppo e la salute di tutti gli organismi multicellulari. Negli animali, essa bilancia il numero di cellule negli organi, contribuisce a eliminare i tessuti che non sono più necessari e rimuove le cellule infette o cancerose. «Poiché i difetti nella regolazione della morte cellulare programmata possono portare a gravi malattie negli esseri umani, i meccanismi di questo processo negli animali sono relativamente ben studiati», spiega il coordinatore del progetto PROCELLDEATH, Moritz Nowack, professore presso il VIB-UGent Center for Plant Systems Biology in Belgio. «Le piante, tuttavia, hanno anche sviluppato forme di morte cellulare programmata che sono fondamentali per il loro sviluppo e per la risposta immunitaria. Non è esagerato affermare che le piante come le conosciamo non potrebbero esistere senza la morte cellulare programmata». Tuttavia, nonostante la sua importanza quale principio di sviluppo fondamentale, sappiamo ancora poco della morte cellulare programmata nelle piante. «La morte cellulare programmata è un processo molto rapido che spesso lascia poche tracce», osserva Nowack. «L’esistenza e la regolazione attiva di molti tipi di morte cellulare programmata evolutiva sono state comprese solo di recente. Di conseguenza, la ricerca sulla morte cellulare vegetale programmata è ancora una frontiera scientifica isolata».

La radice della questione

Il progetto PROCELLDEATH è stato avviato nel 2015, per comprendere meglio il ruolo che la morte cellulare programmata svolge nello sviluppo della pianta. Nowack ritiene che questo potrebbe aiutare gli scienziati a ideare nuove strategie per rendere le piante coltivate più resistenti agli stress ambientali. Ciò è particolarmente rilevante alla luce dei cambiamenti climatici. «Prima di questo progetto, abbiamo scoperto un processo di morte cellulare nella cuffia radicale della pianta nota come arabide comune», aggiunge Nowack. «La morte delle cellule della cuffia radicale, situata alla periferia dell’apice della radice in crescita, serve a smaltire le vecchie cellule della cuffia radicale». Nowack ha voluto basarsi su questo lavoro cercando segnali e meccanismi cellulari che controllano l’esecuzione della morte cellulare programmata proprio al momento giusto. Per raggiungere questo obiettivo, è stata utilizzata una combinazione di approcci all’avanguardia che comprende genetica vegetale, imaging di cellule vive ed editing del genoma. Utilizzando queste tecniche, Nowack e il suo gruppo sono stati in grado di individuare specifici geni bersaglio associati alla morte cellulare programmata che sono regolati da fattori di trascrizione chiave. Tali fattori sono in grado di attivare programmi di morte cellulare programmata, non solo nella cuffia radicale, ma fondamentalmente in qualsiasi cellula vegetale. «Abbiamo anche sviluppato CRISPR-TSKO, un approccio per mutare questi geni bersaglio in modo tale da non interferire con lo sviluppo delle radici o della pianta in generale», afferma.

Soluzioni sostenibili

PROCELLDEATH potrebbe aprire la porta a nuove applicazioni agricole. «Abbiamo collaborato con un’importante impresa produttrice di sementi con sede negli Stati Uniti per studiare la possibilità di ritardare la morte cellulare programmata durante la riproduzione delle piante», osserva Nowack. «Questo contribuirebbe a stabilizzare la resa della semente». La traduzione dei risultati in applicazioni agricole, tuttavia, non è semplice a causa delle restrizioni legali al miglioramento mirato delle colture. Tuttavia, una strategia di valutazione del rischio potrebbe consentire ai risultati di contribuire più direttamente alle pratiche agricole. «Vorrei che il nostro lavoro contribuisse allo sviluppo di nuove varietà di colture», afferma. «Questo potrebbe aiutare a garantire la sicurezza alimentare e migliorare la protezione dell’ambiente utilizzando le risorse naturali in modo sostenibile». In ogni caso, il lavoro ha fornito un impulso fondamentale per la ricerca europea. «Attualmente siamo in prima posizione per affrontare l’aspetto più impegnativo della ricerca sulla morte cellulare, ovvero individuare i meccanismi effettivi utilizzati per porre fine attivamente alla funzione cellulare in modo controllato durante la morte cellulare vegetale programmata», aggiunge Nowack. «Tali risultati contribuiranno anche a far apprezzare la morte cellulare programmata come meccanismo fondamentale nello sviluppo delle piante e attireranno l’interesse di più biologi vegetali verso lo studio di questo affascinante processo».

Parole chiave

PROCELLDEATH, piante, cellule, colture, multicellulare, canceroso, morte cellulare programmata, biologi, CRISPR-TSKO

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