Identificato il gene che regola lo sviluppo di radici laterali, il suo recettore e il meccanismo d'azione

Da molti anni è noto che le auxine, un insieme di composti con azione ormonale nelle piante, controllano, tra le varie loro funzioni, anche lo sviluppo delle radici laterali. Le auxine sono un gruppo di molecole con struttura ad anello aromatico, riconducibili all'acido indol-acetico e pertanto, con riferimento alla molecola, sono talvolta indicate (al singolare) come auxina.

Studi più recenti hanno mostrato che tale azione delle auxine si esplica controllando che le radici laterali si sviluppino solo in alcuni punti della radice principale, cioè le auxine inibiscono lo sviluppo di radici da parte di molte delle cellule madri della radici laterali, lasciandole quindi sviluppare solo a partire da alcune di queste cellule. In pratica l'inibizione riguarda quelle cellule madri che si trovino in prossimità di radici laterali, già sviluppatesi da altre cellule madri. In tal modo viene favorito un maggiore sviluppo di un minor numero di radici laterali, garantendo anche una loro regolare distanza reciproca, lungo l'asse della radice principale e infine assicurando anche una distanza minima, dell'ultima radice laterale, dall'apice meristematico, da cui dipende la crescita della radice principale.

Studi precedenti effettuati sulla pianta test Arabidopsis thaliana avevano mostrato che le auxine inducono la sintesi di una proteina, denominata fattore di trascrizione LBD16, responsabile dell'inibizione dello sviluppo delle cellule madri delle radici laterali. Nelle zone in cui vi è una maggiore risposta all'azione dell'auxina si verifica infatti la produzione della proteina LB16 che inibisce, lo sviluppo le cellule madri delle radici laterali, nelle zone adiacenti a quelle in cui si stanno già sviluppando radici laterali.

Lo studio qui riportato è stato condotto dal Professor Hidehiro Fukaki, della Scuola di Laurea in Scienze presso l'università di Kobe (Giappone), dal ricercatore Koichi Toyokura (attualmente attivo presso l'università di Osaka), dall'assistente al progetto, professor Tatsuaki Goh, assistente presso l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Nara (Giappone), in collaborazione con altri loro colleghi delle stesse università e di quella di Nagoya e di Tokyo ed è stato pubblicato sull'edizione online di Developmental Cell del 20 dicembre 2018.

Finora non era noto il gene che viene regolato (attivato) dal fattore di trascrizione LBD16 e questa ricerca ha permesso di scoprire che si tratta di un gene denominato TOLS2, che è risultato maggiormente espresso nelle cellule madri delle radici laterali e nelle cellule germinali delle radici (tessuti meristematici apicali). E' stato quindi scoperto che nelle piante in cui tale gene era più espresso vi era un minor numero di radici laterali.

Analizzando le secrezioni di tali piante i ricercatori, che hanno condotto questo studio, hanno scoperto che il polipeptide, codificato dal gene TOLS2, è composto di 11 aminoacidi. I ricercatori sono poi riusciti a ricreare artificialmente tale polipeptide e ad aggiungerlo a forme selvatiche di Arabidopsis thaliana (nel contesto della reazione indicata). Essi hanno poi notato che l'aggiunta causava un minore sviluppo di radici laterali.

Ulteriori ricerche hanno poi consentito di identificare il recettore, su cui il polipeptide andava ad agire per determinare gli effetti riscontrati sulle piante di Arabidopsis: si tratta del recettore RLK7, una proteina che agisce nella guaina interna della radice, esattamente dove sono collocate le cellule madri delle radici laterali. Il recettore RKL7 viene indotto, dal polipeptide codificato dal gene TOLS2, a sopprimere la formazione delle radici laterali nelle zone adiacenti a quelle delle cellule madri che hanno già formato tali radici.

Un riscontro a quest'ultimo aspetto è stato ottenuto dai ricercatori, utilizzando la tecnologia del gene editing 'CRISP/Cas9', attraverso la quale è stato studiato come le radici laterali si formavano in altri campioni di piante che erano stati alterati geneticamente. Agendo in tal modo essi hanno verificato che il peptide codificato dal gene TOLS2 e il suo recettore RLK7 sono necessari per mantenere una corretta spaziatura tra le celle madri delle radici laterali.

Complessivamente il gruppo di ricerca ha quindi definito che, nell'Arabidopsis, viene inibita la crescita delle radici laterali, attraverso l'azione dell'auxina sulle loro cellule madri; un'azione che si esplica stimolando la trascrizione di molecole polipeptidiche dal gene TOLS2, che sono poi captate dal recettore RLK7.

Il commento conclusivo del professor Fukaki apre uno spiraglio sui possibili sviluppi di questo studio: "Se il meccanismo dell'inibizione delle adiacenti cellule madri delle radici laterali, basata sul peptide TOLS2, è stato chiarito in Arabidopsis, ciò aiuterà a capire il meccanismo di formazione delle radici in altre piante come le coltivazioni e gli alberi. E se le altre piante contengono polipeptidi che soddisfano la stessa funzione del peptide TOLS2, noi potremo usare questo meccanismo per controllare artificialmente la formazione delle radici nelle coltivazione e negli alberi.

Fonte/i: Kobe University, 18 gennaio 2019

Autore dell'articolo: , 31 gennaio 2019

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