Districare la genetica dell’endoderma delle radici delle piante
Gli organismi viventi compartimentalizzano tutto, dagli organi fino alle singole cellule. Tenere separati elementi come i nutrienti e controllarne la diffusione è fondamentale per il corretto funzionamento biologico. Le radici delle piante si compartimentalizzano grazie a un confine cilindrico noto come endoderma. Le bande di Caspary sono strutture cellulari all’interno dell’endoderma che controllano il flusso di nutrienti nella parte centrale delle radici. Le piante mutanti che non sono in grado di formare questa barriera hanno una crescita stentata e difficoltà a far fronte a condizioni ambientali stressanti, per cui capire come le piante sviluppano tali bande è utile sia dal punto di vista sostanziale che pratico. «Svelare i meccanismi molecolari alla base del loro sviluppo può aumentare le nostre conoscenze generali sulla crescita delle piante», afferma Anaxi Houbaert, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di biologia molecolare delle piante presso l’Università di Losanna e ricercatore principale del progetto Wall-E. «Individuando tutte le proteine coinvolte nello sviluppo delle bande di Caspary si potrebbe anche immaginare di ingegnerizzare geneticamente le colture per renderle più resistenti agli ambienti stressanti.» Negli ultimi dieci anni sono stati compiuti notevoli progressi nell’individuazione delle proteine necessarie per la formazione delle bande di Caspary, sebbene la genetica sottostante sia complessa: più geni svolgono infatti la stessa funzione e alcuni geni svolgono più funzioni. Nell’ambito del progetto Wall-E, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, Houbaert ha guidato un team che ha sviluppato un innovativo processo di screening per svelare questo mistero genetico, ricreando il processo di costruzione delle bande di Caspary dalle fondamenta.
Trovare i geni giusti attraverso un regolatore principale
Per definire l’insieme minimo sufficiente di geni, Houbaert e colleghi si sono concentrati su un fattore di trascrizione (qualcosa che regola l’attività genica) noto come myb36, che regola i geni essenziali per la costruzione delle bande di Caspary. «L’myb36 è un regolatore principale e senza di esso non si può costruire alcuna banda di Caspary», spiega Houbaert. Nelle piante mutanti con myb36 disattivato ci sono circa 150 geni che non funzionano più, anche se è improbabile che tutti siano responsabili della costruzione delle bande. Il team ha quindi innanzitutto ristretto l’elenco dei geni da sottoporre a screening, sulla base di conoscenze pregresse, previsioni e ipotesi ragionevoli, arrivando a un elenco di 60 geni candidati. I ricercatori hanno quindi trasformato il mutante myb36, consentendogli di esprimere cinque geni precedentemente caratterizzati, cruciali per la costruzione delle bande di Caspary. Anche con questi cinque geni chiave espressi, la pianta non riusciva a costruire le bande. Ora il team intende utilizzare la tecnologia di attivazione genica CRISPR (CRISPRa) per trovare, tra i 60 candidati, i geni in grado di migliorare la formazione delle bande.
Far progredire le tecniche genetiche
Il progetto Wall-E è riuscito a dimostrare l’uso della tecnologia CRISPR per co-attivare più geni coinvolti nello stesso circuito genetico; il nuovo processo di screening potrebbe essere utilizzato con altri organismi. «Mettere la genetica sottosopra, cercando di ricostruire una struttura da zero con uno screening di ricostituzione, fornisce un potente strumento per scoprire nuove funzioni geniche», osserva Houbaert aggiungendo che in questo modo si possono anche evidenziare le lacune nella nostra comprensione di qualsiasi percorso molecolare. Se l’attivazione di geni specifici in un percorso non porta al ripristino di una funzione, ciò significa che sono indispensabili anche altri geni. «Questo approccio potrebbe essere applicato a qualsiasi percorso e a diversi organismi modello, poiché è stato dimostrato che i sistemi di attivazione CRISPR funzionano bene sia negli animali che nelle piante», osserva Houbaert. «L’unico presupposto è avere una conoscenza preliminare di un determinato percorso per scegliere i geni candidati.»
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