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Scoprire come la temperatura influisce sulla produzione di sementi

Il calore nell’ambiente può avere ripercussioni drastiche sulla germinazione dei semi e incidere sul loro accrescimento dopo la germinazione. Un progetto ha cercato di scoprire i meccanismi sottostanti utilizzati dalle piante per elaborare le informazioni sulla temperatura.

Salute

La temperatura svolge un ruolo centrale nel plasmare l’ambiente locale delle piante e le informazioni sul calore possono essere raccolte dalla pianta madre o dai semi stessi. Si pensa che la temperatura abbia una grande influenza su diversi tratti, inclusa la dormienza dei semi, una caratteristica che fa sì che i semi non germinino nonostante siano circondati dalle giuste condizioni. Pertanto, la temperatura può, in definitiva, plasmare il progresso di un seme, eppure il metodo esatto con cui le piante integrano le informazioni sulla temperatura è sconosciuto. Il progetto MATHCOV, finanziato dall’UE, lo ha chiarito. «Gli obiettivi principali di questo progetto erano scoprire in che modo la temperatura influisca sulla qualità di sementi ortive e, in particolare, sulle prestazioni di germinazione dei semenzali. Il seme in via di sviluppo è una complessa disposizione di diversi tessuti e volevamo vedere quali fossero i più importanti nel processo», afferma Steve Penfield, responsabile del gruppo Penfield presso il John Innes Center.

Mirare all’endosperma

La ricerca precedente del gruppo aveva dimostrato che l’endosperma è un’area determinante per la percezione dei segnali di temperatura. Si tratta di un tessuto che circonda l’embrione prodotto dalla doppia fecondazione nella maggior parte delle angiosperme, tra cui la brassica, o piante di cavolo, colture preziose per l’alimentazione umana. «L’endosperma svolge molti ruoli, tra cui la determinazione delle dimensioni del seme e il nutrimento dell’embrione, ma comunica anche con gli altri tessuti del seme tramite il trasporto ormonale», spiega Penfield, coordinatore del progetto MATHCOV. MATHCOV ha approfondito in che modo, durante la produzione di sementi, la temperatura controlli sia la germinazione che il vigore dei semi e come è coinvolto esattamente l’endosperma. Il gruppo di ricerca ha utilizzato la trascrittomica delle serie temporali, un processo per studiare tutte le molecole di RNA messaggero nell’endosperma. Ciò riflette quali geni sono attivi in ​un tessuto in qualsiasi momento. «Abbiamo eseguito la trascrittomica delle serie temporali durante lo sviluppo del seme per comprendere la risposta dell’endosperma ai cambiamenti di temperatura che influiscono sul vigore del seme dopo la germinazione», osserva Penfield. Queste informazioni vengono quindi tradotte in una «rete genetica», una rappresentazione matematica di tutti i geni attivi, che può essere analizzata per rivelare somiglianze e differenze nel modello di attività nel tempo. «In questo modo possiamo individuare i geni sensibili alla temperatura precoce e tardiva e i cosiddetti geni hub che sono centrali nella regolazione della germinazione dei semi nell’ambito della nostra ricerca», aggiunge Penfield. Come passaggio finale, i ricercatori hanno esaminato i cambiamenti nell’espressione genica, il processo attraverso il quale le informazioni di un gene vengono utilizzate per creare proteine. «Lo studio di questo cosiddetto profilo epigenetico può fornire informazioni su come si verificano i cambiamenti legati alla temperatura nell’espressione genica e su come possono continuare a influenzare le prestazioni dei semi dopo la germinazione, molto tempo dopo la scomparsa del segnale di temperatura originale», spiega Penfield.

Risultati della germinazione

Il gruppo ha rilevato i geni fondamentali coinvolti nelle differenze indotte dalla temperatura. «Tali geni sono coinvolti nel metabolismo dell’acido abscissico, che svolge un ruolo importante nel controllo della germinazione dei semi», afferma Penfield. I set di dati complessi prodotti durante il progetto andranno a vantaggio degli scienziati e delle imprese produttrici di sementi, mostrando come migliorare le prestazioni e l’affidabilità dei semi. «Ciò è sempre più importante, poiché la raccolta dei semi diventa più automatizzata, per esempio nella produzione di sementi per la semina di ortaggi in campo o per l’agricoltura verticale indoor», conclude Penfield.

Parole chiave

MATHCOV, seme, germinazione, temperatura, geni, espressione, vigore, crescita

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