Nuovi indizi su come le piante regolano gli ormoni a livello spaziale
Gli ormoni vegetali, noti anche come fitormoni(si apre in una nuova finestra), sono un gruppo di piccole molecole organiche strutturalmente diverse prodotte a basse concentrazioni dalle piante. Di solito influenzano l’espressione e la trascrizione geniche e aiutano al contempo a regolare lo sviluppo e la crescita. Inizialmente sono state identificate cinque classi di fitormoni: acido abscissico, auxine, gibberelline, citochinine ed etilene. Questo elenco è stato successivamente ampliato mediante l’inclusione di brassinosteroidi, giasmonati, acido salicilico e strigolattoni. Da tempo è risaputo che le piante si avvalgono di un meccanismo complesso per regolare spazialmente l’auxina(si apre in una nuova finestra), grazie alla capacità unica dei vegetali di trasportare attivamente un ormone come questo in punti specifici. Sebbene ad oggi si ritenga che la regolazione spaziale sia applicabile esclusivamente alle auxine, è ugualmente noto che numerosi ormoni sono in grado di muoversi all’interno delle piante. Il progetto GAtransport, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), si è prefisso di determinare se la regolazione spaziale si verifica anche per altri ormoni concentrando l’attenzione sulle gibberelline(si apre in una nuova finestra), in quanto molto diverse dalle auxine.
Indizi sul ruolo delle proteine
«Abbiamo pensato che, qualora avessimo confermato il verificarsi della regolazione spaziale per le gibberelline, anche altri ormoni più simili all’auxina sarebbero stati regolati in modo analogo e avremmo potuto applicare i nostri approcci anche ad essi», spiega Roy Weinstain(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto e docente presso l’Università di Tel Aviv(si apre in una nuova finestra), l’organizzazione che ha ospitato GAtransport. Il progetto ha dimostrato che le piante regolano effettivamente le gibberelline a livello spaziale. Inoltre, gli strumenti del gruppo di ricerca hanno già consentito di realizzare, tra gli altri risultati, la prima scoperta delle proteine che trasportano le gibberelline nelle piante, fornendo misurazioni della velocità di movimento degli ormoni, nonché della relativa traiettoria, a partire dalle radici dei vegetali.
Un punto di vista molecolare
Una delle sfide legate alla regolazione degli ormoni nelle piante è stata costituita dalla dipendenza dallo screening genetico per individuare la funzione dei geni. La cosiddetta ridondanza funzionale rende questo metodo difficile in quanto la manipolazione di un unico gene non porta a un nuovo fenotipo, poiché altri geni dotati di funzioni paragonabili compensano l’attività perduta. Per ovviare a questo problema, Gatransport ha sviluppato strumenti per monitorare e manipolare direttamente la molecola di gibberellina. I ricercatori hanno sviluppato versioni dell’ormone che sono state marcate con coloranti fluorescenti, conservandone l’attività biologica innata, in modo da poter essere visualizzate nella pianta in tempo reale. Ciò ha consentito di individuare cellule specifiche dove viene accumulato l’ormone, oltre alle proteine di trasporto responsabili di tale processo. Sono inoltre state sviluppate due tecniche volte a manipolare il luogo in cui si forma l’ormone, consentendo di osservarne il movimento, nonché la traiettoria e la cinetica, da tali punti. Questi strumenti possono essere estesi allo studio di ulteriori ormoni vegetali. Per esempio, l’etichettatura fluorescente è stata impiegata anche per studiare il trasporto dell’acido abscissico e sono stati sviluppati approcci di biologia chimica per manipolare gli ormoni in piante vive intere a livello cellulare. «Gli approcci adottati hanno fatto luce sul trasporto degli ormoni e sulla loro funzione con una risoluzione spazio-temporale senza precedenti. Ciò ci avvicina alla comprensione delle modalità di funzionamento degli ormoni vegetali a livello cellulare», afferma Weinstain.
Benefici di potenziale vasta portata
Gli ormoni delle piante vengono ampiamente utilizzati in orticoltura e agricoltura per applicazioni che vanno dagli erbicidi al controllo della crescita dei fiori e della maturazione dei frutti. La manipolazione del trasporto degli ormoni potrebbe espandere il campo a una maggiore innovazione, il tutto in un modo maggiormente ecocompatibile. «Dato che altri organismi non dispongono di questo meccanismo, interferire con il trasporto ormonale di una pianta dovrebbe risultare meno tossico rispetto ai trattamenti chimici attualmente disponibili, riducendo gli impatti ambientali», aggiunge Weinstain. Le gibberelline marcate in modo fluorescente realizzate da Gatransport vengono già ampiamente usate da laboratori di ricerca situati in varie parti del mondo. Il gruppo di ricerca continua a sviluppare le proprie tecniche di manipolazione degli ormoni e a caratterizzare le proteine identificate come trasportatrici di gibberellina, lavorando al contempo al fine di svelare il rapporto che intercorre tra la regolazione del trasporto di gibberellina e il suo modello di segnalazione.
