Sfruttare i segnali dei cloroplasti per la crescita delle piante
Le piante hanno la capacità di produrre energia per le loro funzioni attraverso il processo di fotosintesi, per mezzo del quale catturano la luce del sole in organuli specializzati noti come cloroplasti. La comprensione dei percorsi di segnalazione che governano il metabolismo dei cloroplasti e la loro funzione può essere sfruttata per aumentare la produttività e la resistenza allo stress dei raccolti. Lavorando con alghe e piante più alte, il progetto COSI ("Chloroplast signals"), finanziato dall'UE, ha avuto lo scopo di delineare questi percorsi normativi e di capire come vengono coordinati con la rete metabolica generale della cellula. A questo scopo, il consorzio ha lavorato su aspetti diversi della fotosintesi e su percorsi di segnalazione innescati dall'ambiente circostante. L'enzima kinase STN7 è stato riconosciuto essenziale per attuare una fotosintesi senza problemi malgrado le fluttuazioni nell'intensità luminosa. In più, sono state identificate altre proteine importanti per la comunicazione dei cloroplasti con il nucleo e per l'espressione del gene cloroplastico. Questi percorsi potrebbero essere studiati per la manipolazione del processo di fotosintesi per migliorare l'acclimatazione delle piante ai cambiamenti ambientali. In risposta agli stimoli ambientali, le piante segnalano il percorso dipendente dal calcio. I target del percorso includono i componenti della fotosintesi oltre ai trasportatori di metabolita nei cloroplasti. Di conseguenza, si è scoperto che la segnalazione dipendente dal calcio è implicata nella regolazione del metabolismo dei cloroplasti e nella coordinazione del metabolismo cellulare e dei cloroplasti. Nelle alghe marine dette diatomee, i ricercatori hanno scoperto un nuovo scambio tra cloroplasti e mitocondri. Questa informazione ha mostrato che tali specie di alghe, a differenza delle piante, non si basano solo sull'energia solare per la loro sopravvivenza. Inoltre, gli scienziati hanno studiato il risultato metabolico della segnalazione di stress nelle piante. Hanno svelato un accumulo di poli ADP-ribosio polimerasi (PARP) e antocianina, che è stato associato alla crescita migliorata delle piante in condizioni di stress. Sono stati scoperti meccanismi aggiuntivi che conferiscono la fotoprotezione o causano stress indotto dalla luce nelle piante. Nell'insieme, i risultati dello studio COSI hanno portato alla luce i meccanismi che controllano la funzione dei cloroplasti e il loro metabolismo. Lo sfruttamento biotecnologico di questi target potrebbe portare le specie di piante ad adattarsi in maniera più efficiente a un ambiente in continuo cambiamento.
