Come le piante proteggono il loro materiale genetico dal calore
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L'aumento delle temperature e le ondate di calore più frequenti minacciano la fertilità di importanti colture. I ricercatori del Dipartimento di Biologia dell'Università di Amburgo hanno ora identificato un meccanismo di protezione cruciale contro lo stress da calore nelle cellule vegetali, una base promettente per la selezione di varietà resistenti al clima. Il loro studio è stato pubblicato su "Science Advances".
Foto: UHH/Schnittger Nelle cellule del crescione si formano, con il calore, i cosiddetti granuli da stress, qui rappresentati come puntini verde brillante. Questi sono di importanza cruciale per la riproduzione della pianta.
Come negli animali e negli esseri umani, anche in molte piante la riproduzione sessuale svolge un ruolo importante. Anche loro producono cellule sessuali, i cosiddetti gameti. Il polline dei fiori, ad esempio, contiene gameti maschili che incontrano quelli femminili nell'ovario durante l'impollinazione. La formazione dei gameti è una questione delicata, perché la pianta deve ridurre la quantità di materiale genetico che contengono: a differenza di altre cellule, i gameti contengono solo un singolo set di cromosomi invece di un doppio set. Questo è il prerequisito per la formazione di nuove cellule con due soli set di cromosomi - e non quattro - dopo la fusione dei gameti femminili e maschili.
Un attore importante in questo processo è la proteina TAM. "A temperature normali, queste molecole proteiche sono sparse all'interno della cellula, ma in condizioni di caldo formano piccoli gruppi insieme ad altre molecole, noti come granuli di stress. Questi dovrebbero proteggere la cellula dal calore, ma non è ancora chiaro come funzioni esattamente", spiega il Prof. Dr. Arp Schnittger del Dipartimento di Biologia dell'Università di Amburgo e autore principale dello studio. È stato sviluppato in collaborazione con partner cinesi e giapponesi ed è la prima pubblicazione della rete di ricerca BIKON, finanziata dalla città di Amburgo.
Per saperne di più sul ruolo della proteina TAM e dei granuli di stress, Schnittger e il suo team hanno condotto esperimenti con una pianta modello. I ricercatori hanno combinato diverse proteine del crescione (Arabidopsis thaliana) con una proteina fluorescente, in modo che queste proteine fluorescenti potessero essere osservate con speciali microscopi adatti allo studio dei tessuti.
In una seconda fase, le proteine TAM sono state modificate geneticamente. Se non erano più in grado di entrare nei granuli di stress, durante la riproduzione venivano prodotte cellule germinali difettose con un doppio set di cromosomi. "Questo risultato dimostra che il trasporto delle proteine TAM nei granuli di stress è fondamentale per il successo della riproduzione sotto stress termico", spiega il Prof. Schnittger.
In una seconda serie di esperimenti, i ricercatori sono riusciti a identificare una regione specifica della proteina TAM, responsabile dell'assorbimento nei granuli da stress e assente in altre proteine. "Abbiamo così scoperto un meccanismo di regolazione completamente nuovo e precedentemente sconosciuto che assicura la riproduzione geneticamente stabile delle piante sottoposte a calore", sottolinea il Prof. Schnittger. I produttori di sementi potranno utilizzare questa scoperta in futuro per selezionare piante in cui questo meccanismo di regolazione sia particolarmente forte.
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