Svelare il metabolismo dei pioppi
Il pioppo è sicuramente uno degli alberi più popolari che esistono: si tratta di una coltura essenziale per la produzione di legno, un sistema modello per la ricerca molecolare e persino una promettente coltura di biomassa per le bioraffinerie del futuro (come approfondito nell’ambito del progetto PHYSIO-POP). «Molti ricercatori lavorano sul pioppo al fine di comprendere i processi ben sviluppati negli alberi, come la formazione del legno», spiega Wout Boerjan(si apre in una nuova finestra), professore ordinario all’Università di Gand(si apre in una nuova finestra) e ricercatore principale presso il Centro VIB per la biologia dei sistemi vegetali(si apre in una nuova finestra). «Quante più informazioni abbiamo su un dato sistema modello, tanto più velocemente possiamo raccoglierne di nuove, il che accelererà le nuove scoperte», afferma. Tuttavia, nonostante conosciamo già molti dei metaboliti del pioppo, molti altri devono ancora essere scoperti; l’identificazione delle strutture dei metaboliti e la scoperta dei loro geni e percorsi biosintetici dispongono del potenziale per essere utilizzati al fine di creare alberi migliori. «Alberi migliori significa alberi che producono legno più facile da convertire in polpa o zuccheri fermentabili, ad esempio utilizzando meno sostanze chimiche o una quantità inferiore di energia», osserva Boerjan. «Abbiamo già dimostrato che la sottoregolazione dei geni coinvolti nella biosintesi della lignina è in grado di migliorare significativamente l’efficienza di lavorazione del legno di pioppo.» Nel quadro del progetto POPMET(si apre in una nuova finestra), finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), Boerjan e il suo team si sono avvalsi di una serie di tecniche al fine di studiare i metaboliti e i loro percorsi nel legno, nella corteccia e nelle foglie di pioppo, dando vita a una ricerca che ha già dato i suoi frutti. «Abbiamo sequenziato i genomi di 750 pioppi neri e disponiamo dei profili metabolici di tutti questi alberi, per cui disponiamo di un enorme database di composti e geni potenzialmente coinvolti nella loro biosintesi», aggiunge Boerjan. «Tale database costituisce l’inizio di molte scoperte e richieste di sovvenzioni.»
Estrazione e analisi dei metaboliti
Nell’ambito del progetto, il team ha innanzitutto estratto i metaboliti dalle foglie di pioppo per poi impiegare una tecnica nota come spettrometria di massa con cromatografia liquida ad ultra prestazione (UHPLC-MS, Ultrahigh Performance Liquid Chromatography Mass Spectrometry) al fine di separare le migliaia di composti presenti al suo interno e prevedere quelli simili a livello strutturale. Quindi, i ricercatori hanno creato reti di metaboliti strutturalmente correlati, che rappresentano percorsi biosintetici provvisori. Al fine di scoprire i geni che codificano gli enzimi in questi percorsi sperimentali, l’équipe ha raffrontato la variazione naturale nell’abbondanza di un dato metabolita con la variazione nella sequenza del DNA nella popolazione di 750 pioppi geneticamente diversi, il che ha permesso di rilevare importanti geni biosintetici. Infine, per dimostrare che questi geni codificano enzimi coinvolti nella produzione di composti chiave, sono stati prodotti gli enzimi corrispondenti nell’Escherichia coli per i test enzimatici ed è stata utilizzata inoltre la tecnica di editing genetico CRISPR-Cas nei pioppi per inattivare il gene; in seguito, i ricercatori hanno verificato se il composto prodotto previsto veniva ancora generato.
Andare oltre i percorsi metabolici
«Il pioppo è una coltura che produce legno, facile da incrociare sessualmente per creare ibridi a crescita rapida tra diverse specie di pioppo, e risulta inoltre adatto all’ingegneria genetica e all’editing genico», afferma Boerjan. «Il team si augura ora di identificare altri geni allo scopo di progettare nuovi metodi per migliorare la resa e la qualità della biomassa. La popolazione sequenziata di alberi può essere utilizzata anche per recuperare geni coinvolti nella crescita in altezza e diametro, oppure nella tolleranza a malattie e parassiti, ad esempio.» I ricercatori continueranno a lavorare con i dati ricavati da POPMET attraverso nuove sovvenzioni allo scopo di seguire le centinaia di geni collegati ai percorsi metabolici identificati nel progetto. «Se qualcuno è interessato a scoprire la biosintesi di un particolare metabolita del pioppo o a testare l’attività biologica di un metabolita del pioppo, può contattarmi», aggiunge Boerjan.
