Piante sotto stress: come la segale riorganizza i suoi geni
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I ricercatori dell'Istituto Leibniz di genetica vegetale e ricerca sulle piante coltivate (IPK) e dell'Università Martin Luther di Halle-Wittenberg hanno acquisito nuove conoscenze sulle basi genetiche della riproduzione della segale. Hanno dimostrato come le piante ricombinano i loro geni e in che misura questo processo è influenzato da fattori ambientali come la carenza di nutrienti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista "New Phytologist".
I ricercatori hanno studiato le basi genetiche e la plasticità ambientale della ricombinazione meiotica in una grande popolazione di segale. Hanno utilizzato più di 500 piante di segale, alcune delle quali
sono state coltivate in condizioni normali e altre in condizioni di carenza di nutrienti. Il materiale è stato ottenuto dalla Federal Ex Situ Genebank dell'IPK e da varietà di popolazioni disponibili in commercio; tutte le piante sono state coltivate nell'ambito dell'esperimento "Eternal Rye Cultivation" dell'Università Martin-Luther di Halle-Wittenberg.
Fondato nel 1878 da Julius Kühn, questo esperimento è tuttora in corso. In una lunga serie di esperimenti vengono confrontati diversi sistemi di sostituzione dei nutrienti e dell'humus, che vanno dal letame di fattoria e dalla concimazione minerale completa alle aree prive di concimazione. "Quest'area era particolarmente adatta allo studio perché la carenza di nutrienti si era accumulata per un periodo molto lungo, rendendola molto stabile", ha spiegato il dottor Steven Dreissig, responsabile del gruppo di ricerca indipendente "Plant Reproductive Genetics".
I ricercatori hanno raccolto il polline e sequenziato i nuclei cellulari di oltre 3.000 spermatozoi di 584 individui. Il loro obiettivo è stato quello di determinare il numero di eventi di crossover tra i cromosomi parentali e di identificarne la posizione. Per la prima volta è stato possibile studiare questo processo direttamente nel polline, cioè dove effettivamente avviene, e in un numero così elevato.
"Siamo riusciti a dimostrare che i geni delle piante si mescolano in misura significativamente minore in caso di carenza di sostanze nutritive rispetto a quando queste ultime sono fornite in quantità adeguate", spiega Christina Wäsch, prima autrice dello studio. "Si può pensare che sia come giocare a carte: se le carte vengono mescolate solo a metà, si creano meno nuove combinazioni". Ma non è tutto. Il team di ricerca ha anche scoperto differenze tra i vari tipi di piante. Mentre la cultivar moderna è rimasta relativamente stabile durante lo studio, le vecchie varietà e le forme selvatiche erano sensibili allo stress, spiega Christina Wäsch. "Questo dimostra che la diversità genetica gioca un ruolo importante nel modo in cui le piante affrontano i cambiamenti ambientali".
Il team di ricerca ha anche analizzato le basi genetiche della ricombinazione. "Nel nostro studio abbiamo dimostrato che il tasso di ricombinazione non è controllato da un singolo interruttore principale, ma piuttosto da numerose piccole regioni genetiche che agiscono di concerto", spiega il dottor Steven Dreissig. Ora sono noti più di 40 alleli e due geni candidati. "Ora conosciamo le aree del cromosoma in cui si trovano questi numerosi interruttori genetici, ma spesso non conosciamo ancora tutti i geni decisivi".
"Tuttavia, il nostro studio attuale fornisce un importante contributo alla comprensione dell'architettura genetica e della plasticità ambientale della ricombinazione meiotica", afferma il dottor Dreissig. "A differenza degli studi precedenti, che hanno esaminato solo singoli o pochi genotipi, noi abbiamo analizzato gli effetti genetici in una popolazione ampia e geneticamente diversa". Il ricercatore dell'IPK ritiene che l'identificazione dei geni che controllano la ricombinazione in condizioni di stress potrebbe essere un prezioso strumento di selezione. "Il controllo mirato della ricombinazione sotto stress aiuterà ad accelerare lo sviluppo di nuove colture migliorate e più resistenti alle condizioni ambientali avverse".
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