In che modo i lipidi antistress aiutano a rendere le piante più resistenti
Le condizioni ambientali difficili limitano i luoghi in cui le colture possono essere coltivate e possono portare a perdite di resa. Poiché i fattori di stress, come la siccità e il sale, innescano cambiamenti nella fisiologia e nella biochimica delle piante, la comprensione del modo in cui le piante li rilevano e si adattano è diventata una pressante questione per la ricerca. È risaputo che una serie di composti organici, noti collettivamente come lipidi, che fanno parte della membrana di una cellula vegetale, sono fondamentali. «Due lipidi, il diacilglicerolo e l’acido fosfatidico, noti come “secondi messaggeri”(si apre in una nuova finestra), innescano cambiamenti fisiologici a livello cellulare della pianta», spiega Miguel Botella, coordinatore del progetto PLISUS finanziato dall’UE. «Dato questo ruolo importante, essi devono essere strettamente regolati, ed abbiamo quindi voluto esplorare alcuni dei meccanismi chiave che lo rendono possibile.» Il progetto era interessato a esplorare il ruolo dei siti di contatto tra le unità di lavoro (organelli) di una cellula, in particolare quelli situati accanto al cosiddetto reticolo endoplasmatico-membrana plasmatica, noti per essere essenziali per la comunicazione e la regolazione dei processi cellulari. Questa ricerca è stata intrapresa con il sostegno del programma azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra).
Esplorazione del reticolo endoplasmatico-membrana plasmatica
Nelle piante, le membrane cellulari formano numerosi siti di contatto tra la maggior parte degli organelli della cellula, compresa la membrana plasmatica che circonda le cellule, fornendo protezione dall’ambiente esterno. Le cellule vegetali hanno sviluppato diversi processi di segnalazione per mettere in guardia dai fattori di stress e innescare processi protettivi. La segnalazione lipidica sposta i lipidi dalla membrana plasmatica alla membrana del reticolo endoplasmatico. Una famiglia di proteine chiamate sinaptotagmine(si apre in una nuova finestra) (SYT) è essenziale per questo processo, in quanto «lega» le membrane tra loro. Studi precedenti avevano dimostrato che le SYT contengono una regione chiamata dominio SMP che ha dimostrato di legare una classe di lipidi chiamata fosfolipidi(si apre in una nuova finestra), suggerendo il meccanismo con cui le proteine SYT regolano effettivamente la segnalazione lipidica. «Le proteine SYT potrebbero spostare questi fosfolipidi dalla membrana plasmatica al reticolo endoplasmatico, dove vengono modificati prima di essere rimandati alla membrana plasmatica per contrastare lo stress», aggiunge Botella. Per indagare su questo aspetto, il team ha utilizzato la microscopia confocale per studiare una pianta modello, l’arabetta comune (Arabidopsis thaliana), utilizzando piante selvatiche come gruppo di controllo e mutanti SYT in cui era inserita una proteina SYT non funzionante. Interessati ad analizzare come l’endocitosi, ossia il processo che le cellule utilizzano per regolare le sostanze che entrano ed escono dalle cellule, sia influenzata dallo stress, hanno studiato le piante in condizioni di controllo e dopo trattamenti con il freddo. Hanno scoperto che nei mutanti l’endocitosi era effettivamente compromessa, poiché lo stress da freddo alterava il contenuto di lipidi diacilgliceroli nella membrana plasmatica. Per ottenere ulteriori informazioni su questo processo, il progetto ha utilizzato l’analisi trascrittomica per cercare altri geni che potrebbero controllare il processo di endocitosi. Sebbene il progetto abbia trovato proteine interessanti, sono necessarie ulteriori ricerche prima di poter trarre delle conclusioni. «Lavori precedenti hanno descritto come le SYT mantengono stabile il lipide diacilglicerolo nella membrana plasmatica(si apre in una nuova finestra), in presenza di stress. PLISUS collega questa omeostasi al processo endocitico», spiega Botella. «Siamo rimasti sorpresi dal fatto che i complessi SYT mutati non sono affatto in grado di effettuare l’endocitosi, suggerendo che il contenuto di diacilglicerolo nella membrana plasmatica è un regolatore essenziale di questo processo.»
Colture più resistenti
Le intuizioni di PLISUS contribuiscono agli sforzi per migliorare la resistenza delle colture attraverso programmi di selettocoltura o manipolazione genetica. «Poiché la scarsità idrica e l’elevata salinità limitano i luoghi in cui è possibile coltivare colture e piante orticole, i nostri risultati potrebbero avere applicazioni pratiche molto mirate», spiega Jose Aznar-Moreno, ricercatore del progetto. Poiché l’esatto meccanismo molecolare sottostante e le conseguenze fisiologiche del legame tra il complesso SYT e la via endocitica rimangono sconosciuti, questo è ora l’obiettivo dei ricercatori.
