Incrementare la produttività delle colture grazie a una sonda virale per le piante
I piccoli RNA (sRNA) sono molecole presenti nelle piante che partecipano praticamente a tutti i processi di regolazione. Ad esempio, controllano le risposte agli stimoli tanto interni quanto esterni e sono coinvolti nella modulazione della crescita. Svolgono inoltre un ruolo fondamentale nella diffusione in tutta la pianta del meccanismo noto come interferenza dell’RNA (RNAi), un sistema di regolazione genetica che agisce per silenziare l’attività di geni specifici. «Gli sRNA sono molecole mobili», spiega Eduardo Bejarano, coordinatore del progetto GeminiDECODER e ricercatore presso l’Istituto per l’orticoltura mediterranea e subtropicale «La Mayora», in Spagna. «La loro mobilità e la diversità che li contraddistingue hanno reso difficile il compito di identificarli e caratterizzarli in modo completo, così come è stato per i loro potenziali bersagli di RNA.» Queste sfide hanno limitato la nostra comprensione di vari importanti processi che avvengono nelle piante, come ad esempio il modo in cui le risposte locali in tali organismi si trasformano in risposte sistemiche. Si tratta di un meccanismo fondamentale per innescare le difese delle piante contro la privazione di sostanze nutritive o acqua, oppure lo sviluppo delle malattie.
Sonde proteiche derivate dai virus delle piante
Il progetto GeminiDECODER, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie e coordinato dall’Università di Malaga in Spagna, ha cercato di sviluppare nuovi modi per isolare e caratterizzare questi sRNA mobili e i loro potenziali RNA bersaglio. «A tal fine abbiamo adottato un approccio completamente nuovo, utilizzando proteine derivate da virus che colpiscono le piante in qualità di sonde per rilevare gli sRNA con una risoluzione senza precedenti», spiega Bejarano. Secondo Bejarano, questa tecnica potrebbe aiutare gli scienziati a isolare in modo migliore gli sRNA mobili e i loro bersagli in diverse piante, il che potrebbe avere potenziali applicazioni nella regolazione della produttività delle colture.
Il ruolo delle proteine nei processi di sviluppo
Per raggiungere questi obiettivi, il progetto ha ingegnerizzato geneticamente le piante affinché potessero accumulare una proteina virale chiamata C4. La proteina del virus dell’accartocciamento fogliare giallo del pomodoro (TYLCV, Geminivirus) è stata selezionata sulla base della sua capacità di interferire con il movimento degli sRNA. «La presenza della proteina C4 nelle piante interferisce con il movimento degli sRNA mobili», aggiunge Bejarano. «Essa fa sì che non riescano più a raggiungere le loro sedi abituali e gli RNA marcati per la degradazione non vengono più silenziati.» Attraverso un’analisi dei livelli di accumulo anomalo degli RNA, Bejarano è stato in grado di identificare i presunti bersagli di RNA degli sRNA mobili. Inoltre, il ricercatore ha raccolto con successo informazioni sull’identità dello specifico sRNA mobile in questione. Una volta identificati questi geni bersaglio, Bejarano ha potuto analizzarne la funzione biologica. «Come prova di concetto, abbiamo applicato la proteina C4 per analizzare la strutturazione del tessuto radicale determinata dagli sRNA mobili», spiega Bejarano. «In tal modo siamo riusciti a chiarire il ruolo svolto da alcune proteine vegetali che promuovono il movimento degli sRNA e controllano i processi di sviluppo nelle piante.»
Ottimizzare la produzione sostenibile di colture
Grazie all’uso della proteina C4 come potenziale sonda per gli sRNA mobili, GeminiDECODER ha realizzato diverse importanti scoperte. Il progetto ha consentito di isolare nuove presunte coppie, attualmente in fase di conferma, di sRNA mobili e dei loro bersagli, per le quali si attende di effettuare la caratterizzazione biologica. «L’RNAi è fondamentale per la maggior parte dei meccanismi di regolazione che avvengono nelle piante», osserva Bejarano. Questo progetto potrebbe quindi contribuire ad aprire nuovi percorsi di ricerca.» A livello pratico, l’identificazione di piante in natura che esprimono livelli più o meno elevati di uno specifico sRNA potrebbe fornire informazioni utili al fine di spiegare perché manifesterebbero una maggiore resistenza contro gli agenti patogeni, la siccità o la carenza di nutrienti. «Si tratta di un tema di fondamentale importanza per una popolazione mondiale in continua crescita, che comporta la necessità di ottimizzare la produzione di colture e di effettuarla in modo ecologico e sostenibile», conclude Bejarano.
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