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Il ruolo del calcio nei ritmi circadiani

La maggior parte degli organismi ha sviluppato un orologio di 24 ore in risposta alla luce diurna e ai cicli di temperatura. Gli studi sulle regolazioni degli orologi e il controllo nelle piante può portare ad una prestazione migliore del raccolto con un grande effetto sui settori alimentari ed energetici.

Cambiamento climatico e Ambiente

L'orologio circadiano regola gli eventi sottocellulari tra cui l'espressione dei geni e la segnalazione delle cellule, e si manifestano in comportamenti come il movimento delle foglie o l'alimentazione di organismi superiori. La struttura genetica della rete che controlla i ritmi circadiani nella piccola pianta da fiore Arabidopsis, include un oscillatore genetico centrale. Le prove suggeriscono che le oscillazioni circadiane nella concentrazione del calcio senza citosolico ([Ca2+]cyt) può regolare l'espressione del gene dell'orologio circadiano. Gli scienziati hanno utilizzato la modellazione matematica, la biologia molecolare e la biochimica per determinare quale ruolo, se presente, la dinamica del [Ca2+]cyt svolge nella rete circadiana. Con il sostegno europeo del progetto CIRCADIAN CLOCK ("The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock") i ricercatori hanno studiato le proteine che legano il calcio come il calmodulin 23 (CML23) e il CML24. La comprensione dei ritmi circadiani delle piante può avere implicazioni importanti per la coltivazione di certe piante e per prestazioni dei raccolti migliorate sia per il cibo che per i biocarburanti. I ricercatori hanno studiato le molecole chiave obiettivi delle proteine, le proteine che interagiscono e i loro effetti sulle funzione oscillatorie. Hanno inoltre osservato le potenziali interazioni genetiche tra CML23/CML24 e i geni di segnalazione orologio/luce. Gli scienziati hanno dimostrato che il le proteine leganti del Ca2+ partecipano al controllo dell'orologio circadiano in maniera dipendente da Ca2+, fungendo probabilmente da sensori di [Ca2+]cyt dopo il legante di Ca2+. Inoltre, il team ha preparato i mutanti per analizzare il modo in cui le proteine regolano l'orologio circadiano e chiariscono i fattori che influenzano la localizzazione (citosolico e non nucleare) dei tessuti e sottocellulare di CML23 e CML24. Infine, svolgendo esperimenti innovativi, i ricercatori hanno individuato gli unici geni noti dell'orologio circadiano che reagiscono al [Ca2+]cyt e hanno fornito le prove del luogo nella catena dei percorsi di segnalazione in cui ciò potrebbe avvenire. I risultati di CIRCADIAN CLOCK stanno fornendo un'analisi importante del ruolo di CML23/CML24 e [Ca2+]cyt nel funzionamento dell'orologio circadiano dell'Arabidopsis e dell'espressione genetica appropriata. Una comprensione più profonda dei ritmi circadiani potrebbe essere fondamentale per prestazioni agricole migliorate per una grande varietà di raccolti. Data la funzione diffusa di [Ca2+]cyt nell'espressione dei geni in generale, gli studi potrebbero avere implicazioni più ampie in molti sistemi e numerosi altri percorsi.

Parole chiave

Orologio circadiano, piante, prestazioni del raccolto, calcio senza citosolico, espressione dei geni, CML23, CML24

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