Svelare l’evoluzione delle piante terrestri
A un certo punto della storia, circa 500 milioni di anni fa, le piante hanno colonizzato la terra. Questa fuga evolutiva, che ha trasformato il mondo così come conosciuto, è stata seguita da una scissione vegetale da cui è nata la distinzione tra piante vascolari come l’Arabidopsis, con i loro elaborati sistemi di germogli e la riproduzione ritardata, e briofite non vascolari come il muschio. Una piccola molecola di segnalazione, nota come miR156, si è evoluta in un antenato comune di entrambi i gruppi di piante; tuttavia, mentre in quelle vascolari essa ritarda la transizione dallo sviluppo giovanile, nelle piante non vascolari non innesca lo stesso tipo di transizione. «Ciò ci ha portato a chiederci quale fosse il ruolo ancestrale svolto dalla molecola miR156 durante l’evoluzione delle piante e quanto fosse importante in qualità di innovazione nel momento in cui sono emerse dagli habitat acquatici per colonizzare la terraferma», spiega Jill Harrison, docente associata presso la Scuola di scienze biologiche dell’Università di Bristol e coordinatrice del progetto miR156evo. Con il progetto miR156evo, finanziato dall’UE e intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA), i ricercatori hanno iniziato a verificare l’ipotesi secondo cui la comparsa della molecola miR156 avrebbe costituito una parte critica nell’evoluzione delle piante terrestri, consentendo di sviluppare la complessità morfologica delle piante vascolari.
Analizzare il ruolo della miR156 nelle piante
Per scoprire il ruolo ancestrale svolto dalla miR156 nelle piante terrestri, il team ha dato l’avvio ai propri lavori confrontando la funzione della molecola nello sviluppo dei muschi e delle piante da fiore. «Se si scopre che la miR156 esercita effetti analoghi in entrambi i tipi di piante, ad esempio regolando la tempistica delle transizioni tra i diversi stadi del loro ciclo vitale, è probabile che questi ruoli fossero gli stessi nelle piante terrestri ancestrali», osserva Jim Fouracre, assegnatario di una borsa di ricerca della Royal Society presso l’Università di Bristol e ricercatore del progetto miR156evo. Per determinare il ruolo rivestito dalla miR156 nel muschio, i ricercatori hanno prima interrotto e poi rafforzato le sue funzioni. Utilizzando tecniche di trasferimento genetico, gli studiosi hanno modificato i livelli di espressione dei geni, determinandone sostanzialmente l’attivazione o la disattivazione. Il team si è anche avvalso di una tecnica relativamente nuova, nota come CRISPR-Cas9, che funge da «forbice genetica» per tagliare pezzi di geni. In questo modo è possibile bloccare completamente il funzionamento dei geni e creare delle «linee reporter», che mostrano il punto in cui un determinato gene è attivo nella pianta. «I primi risultati indicano che la molecola è in grado di funzionare in modo simile nelle piante vascolari e in quelle non vascolari per quanto concerne la regolazione delle tempistiche associate alla progressione del ciclo vitale», afferma Fouracre. «Sino ad ora, le nostre scoperte suggeriscono che questo ruolo è stato probabilmente conservato e fu presente anche nell’antenato di tutte le piante terrestri.»
Ampliare le nostre conoscenze sulle piante terrestri ancestrali
Il progetto si è concentrato in particolare sul ruolo svolto dalla molecola miR156 durante lo sviluppo dello stadio di vita dello sporofito, poco prima che la pianta crei le spore. «Non siamo a conoscenza dell’aspetto che caratterizzava l’antenato delle piante terrestri, ma l’elaborazione dello stadio del ciclo vitale dello sporofito nelle piante vascolari ha permesso la loro spettacolare radiazione e l’ascesa al dominio ecologico», aggiunge Harrison. «Le nostre indagini sullo sviluppo degli sporofiti dei muschi ci forniranno informazioni utili in merito al ciclo di vita ancestrale delle piante terrestri.»
Intuizioni fondamentali sulla regolazione genica come punto di partenza
Grazie in parte all’assegnazione di una borsa di studio MSCA, Fouracre ha ora avviato un proprio gruppo di ricerca come ricercatore membro della Royal Society, dove porterà avanti le sue ricerche sul ruolo svolto dalla miR156 durante lo sviluppo delle piante. Dopo aver creato gli strumenti sperimentali necessari per iniziare a rispondere ai quesiti di ricerca, il team sta anche istituendo modelli di colture in laboratorio per sfruttare le loro intuizioni fondamentali in merito alle modalità attraverso cui la miR156 regola lo sviluppo. «Siamo entusiasti dei risultati che ci aspettano», conclude Harrison.
Parole chiave
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