Studi molecolari svelano l’origine degli organi riproduttivi femminili nelle piante provviste di fiore
Le piante provviste di fiore o angiosperme sono il gruppo vivente più grande e variegato del regno vegetale, visto che comprendono circa il 90 % delle specie vegetali terrestri e ammontano a circa 352 000 specie viventi sulla Terra. L’evoluzione di nuove strutture riproduttive come il fiore e la sua parte femminile, il pistillo, ha giocato un ruolo importante nello straordinario successo delle angiosperme. Come si sia evoluto il pistillo a livello molecolare non è ancora chiaro. Il progetto RiceStyle mirava a risolvere questo mistero attraverso lo studio comparativo dello sviluppo del pistillo e la sua base genetica. I ricercatori del progetto, intrapreso con il supporto del programma Marie Curie, hanno usato la pianta modello Arabidopsis thaliana e hanno ampliato i loro studi a una pianta modello monocotiledone imparentata alla lontana, il riso asiatico (Oryza sativa L.).
La ricerca di un progenitore comune
I ricercatori hanno cercato a livello molecolare l’evento chiave che ha probabilmente portato all’evoluzione delle angiosperme e alla loro rapida diversificazione, studiando i fattori coinvolti nella formazione diretta del tessuto nel pistillo. «Abbiamo esaminato alcune piccole sottofamiglie dei fattori di trascrizione (le proteine coinvolte nel processo di conversione, o trascrizione, del DNA in RNA) dei quali si sa che regolano ovario, stilo e stigma nella Arabidopsis al fine di determinare se le loro funzioni risalgono al lignaggio del progenitore delle angiosperme», affermano il dott. Ludovico Dreni, ricercatore principale, e la dott.ssa Cristina Ferrandiz, coordinatrice del progetto. Gli scienziati hanno scoperto che la maggior parte dei geni della Arabidopsis hanno omologhi nel riso, e molti di loro sono espressi nelle primissime fasi del pistillo che si sviluppa. «Per almeno due gruppi di geni candidati, abbiamo potuto confermare che svolgono nel riso una funzione molto simile a quella che svolgono nella Arabidopsis, visto che hanno mostrato di essere essenziali per la differenziazione di stilo e stigma. La loro funzione è veramente ancestrale ed era già all’opera nel progenitore comune di riso e Arabidopsis», spiega la dott.ssa Ferrándiz. Questi fattori di trascrizione sono stati probabilmente reclutati nel primissimo lignaggio delle angiosperme allo scopo di regolare lo sviluppo, forma e funzione del pistillo, il nuovo organo in fase di sviluppo, che sono caratteristici delle angiosperme. Secondo il dott. Dreni, «questa scoperta aiuterà in futuro a creare un modello evolutivo molecolare che spiega lo sviluppo del pistillo. Qualcosa di simile è già stato fatto per studiare lo sviluppo e l’origine di altri organi dei fiori e, alla fine, tutte queste informazioni e questi modelli verranno integrati».
Impollinazione migliorata
RiceStyle ha aumentato le conoscenze relative allo sviluppo di stilo e stigma, che potrebbero portare alla loro efficiente modifica a livello morfologico e molecolare, per controllare meglio il processo di impollinazione nelle colture. «Il tasso di impollinazione incrociata e autoimpollinazione è un tratto importante per le piante coltivate, e l’impollinazione è anche uno dei processi da prendere in considerazione per sviluppare frutti partenocarpici (privi di semi), che è un tratto desiderabile per molti frutti commerciali», concludono i ricercatori. La proposta avrà un impatto significativo sulla ricerca di base e applicata futura, affrontando l’obiettivo di Orizzonte 2020 di investire in posti di lavoro futuri e di rafforzare la posizione dell’UE in ricerca, innovazione e tecnologia, sviluppo sostenibile, mitigazione dei cambiamenti climatici ed eccellenza scientifica.
Parole chiave
RiceStyle, pistillo, angiosperme, Arabidopsis, riso, stigma, fattore di trascrizione
