I pomodori selvatici rivelano come le radici delle piante affrontano le condizioni difficili
Le radici delle piante hanno sviluppato specifici meccanismi per controllare l’ingresso di soluti e acqua. Prendiamo ad esempio la modifica della parete cellulare in tipi specifici di cellule radicali che fungono da barriere fisiche per controllare l’assorbimento dal terreno. Queste modifiche riguardano, tra altri composti, i polimeri della lignina e della suberina. Uno di questi tipi cellulari è l’endoderma, che forma una struttura simile a un anello di lignina noto come banda di Caspary. La deposizione di lignina e suberina è regolata in modo tale da aiutare le piante a reagire e adattarsi a tali condizioni. Lo sviluppo della differenziazione dell’endoderma, laddove le cellule crescono e si sviluppano, e i geni di controllo sono stati studiati negli ultimi anni utilizzando come sistema modello l’Arabidopsis thaliana. Tuttavia, la maggior parte delle piante ha anche un altro tipo di cellula radicale denominato esoderma, che pure produce barriere fatte di lignina e suberina. I meccanismi che controllano la differenziazione dell’esoderma e la sua risposta allo stress abiotico sono scarsamente conosciuti a livello molecolare in quanto l’Arabidopsis non possiede un esoderma. Tipi selvatici e domestici a confronto Il progetto ROOT BARRIERS, finanziato dall’UE, ha affrontato questa lacuna nelle conoscenze, utilizzando due specie di pomodori come sistema modello per approfondire la differenziazione dell’esoderma. «L’obiettivo era quello di determinare se fossero simili o distinti rispetto all’endoderma e in che modo la salinità influenzasse la loro differenziazione a livello molecolare», afferma il dott. Juan Carlos del Pozo, coordinatore del progetto. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Curie. I ricercatori hanno studiato la differenziazione di endoderma ed esoderma in specie di pomodoro domestico e selvatico, rispettivamente Solanum lycopersicum e Solanum pennellii. Sono stati inoltre raccolti dati sull’espressione genica per scoprire come questi tipi di cellule rispondono in S. pennellii, che è endemico nelle regioni andine del Sud America e si è evoluto per adattarsi alle condizioni di siccità. Il team ha testato la capacità delle due specie di tollerare lo stress salino e ha confermato che S.pennellii è in grado di crescere in alte concentrazioni saline. «Abbiamo scoperto che la formazione di barriere radicali in queste due specie è diversa così come lo è il modo in cui lo stress salino influenza la loro differenziazione», spiega la dott.ssa Siobhan Brady, ricercatrice presso l’istituto partner dell’Università della California a Davis. Nuovi dati importanti Immagini di microscopia confocale della deposizione di lignina nella radice del pomodoro hanno permesso agli scienziati di descrivere completamente il quadro di sviluppo della differenziazione dell’esoderma. Gli scienziati hanno anche prodotto CRISPR/Cas9 mutanti per i geni candidati putativi implicati nella differenziazione dell’esoderma. Ciò ha contribuito a dimostrare la loro funzione nella formazione della barriera nell’esoderma attraverso analisi fenotipiche, che hanno indicato difetti nella deposizione di lignina. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia TRAP (Translating Ribosome Affinity Purification) all’avanguardia per profilare specificamente l’RNA messaggero (mRNA) dall’endoderma e dall’esoderma nelle condizioni di controllo e di stress salino. «In questo modo viene fornita un’indicazione dei geni che rispondono per modificare le barriere radicali in questi due tipi di cellule in risposta a stress salino. Sarà il primo set di dati ad oggi in cui l’mRNA proveniente da specifici tipi di cellule è stato ottenuto da una specie di coltura profilata in condizioni di stress abiotico», sottolinea la dott.ssa Concepcion Manzano, ricercatrice assegnataria di una borsa individuale di ricerca Marie S. Curie. ROOT BARRIERS ha dimostrato che la differenziazione di endoderma ed esoderma si sviluppa in modo diverso in termini di deposizione di lignina, aumentando la comprensione di come due importanti tipi di cellule radicali siano regolati a livello molecolare. Inoltre, i risultati relativi ai geni implicati nella differenziazione di endoderma ed esoderma sono applicabili anche ad altre specie di colture. Il dott. Del Pozo conclude: «Questa conoscenza sarà di enorme interesse per la comunità scientifica e contribuirà a migliorare la crescita delle piante in condizioni avverse».
Parole chiave
ROOT BARRIERS, esoderma, differenziazione, endoderma, stress salino, RNA messaggero (mRNA), pomodoro, Solanum pennellii, CRISPR/Cas9, Translating Ribosome Affinity Purification