È nei geni: la Ricerca evidenzia come le piante sapere quando fiore

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25 Maggio 2012

gli Scienziati credono di aver individuato l’ultimo pezzo fondamentale di 80-anno-vecchio puzzle di come le piante “sapere” quando fiore.

Determinare il momento giusto per fiorire, importante se una pianta deve riprodursi con successo, comporta una sequenza di eventi molecolari, l’orologio circadiano di una pianta e la luce solare.

Capire come funziona la fioritura nella pianta semplice utilizzata in questo studio – Arabidopsis – dovrebbe portare a una migliore comprensione di come gli stessi geni funzionano in piante più complesse coltivate come colture come riso, grano e orzo, secondo Takato Imaizumi, assistente professore di biologia dell’Università di Washington e corrispondente autore di un articolo nel numero di maggio 25 della rivista Science.

“Se siamo in grado di regolare i tempi di fioritura, potremmo essere in grado di aumentare la resa delle colture accelerando o ritardando questo. Conoscere il meccanismo ci dà gli strumenti per manipolare questo”, ha detto Imaizumi. Insieme alle colture alimentari, il lavoro potrebbe anche portare a rese più elevate di piante coltivate per biocarburanti.

In determinati periodi dell’anno, le piante da fiore producono una proteina nota come Flowering Locus T nelle loro foglie che induce la fioritura. Una volta che questa proteina è fatta, viaggia dalle foglie all’apice del germoglio, una parte della pianta in cui le cellule sono indifferenziate, il che significa che possono diventare foglie o fiori. All’apice del germoglio, questa proteina inizia i cambiamenti molecolari che inviano le cellule sul percorso per diventare fiori.

I cambiamenti nella durata del giorno dicono a molti organismi che le stagioni stanno cambiando. È noto da tempo che le piante utilizzano un meccanismo interno di mantenimento del tempo noto come orologio circadiano per misurare i cambiamenti nella durata del giorno. Gli orologi circadiani sincronizzano i processi biologici durante i periodi di 24 ore in persone, animali, insetti, piante e altri organismi.

Imaizumi e i coautori del giornale hanno studiato la cosiddetta proteina FKF1, che sospettavano fosse un attore chiave nel meccanismo con cui le piante riconoscono il cambiamento stagionale e sanno quando fiorire. La proteina FKF1 è un fotorecettore, il che significa che è attivata dalla luce solare.

“La proteina fotorecettore FKF1 su cui abbiamo lavorato è espressa nel tardo pomeriggio ogni giorno ed è strettamente regolata dall’orologio circadiano della pianta”, ha detto Imaizumi. “Quando questa proteina è espressa durante i giorni che sono brevi, questa proteina non può essere attivata, poiché non c’è luce diurna nel tardo pomeriggio. Quando questa proteina viene espressa durante un giorno più lungo, questo fotorecettore fa uso della luce e attiva i meccanismi di fioritura che coinvolgono il Locus T. L’orologio circadiano regola i tempi del fotorecettore specifico per la fioritura. È così che le piante percepiscono le differenze nella lunghezza del giorno.”

Questo sistema impedisce alle piante di fiorire quando è un momento difficile per riprodursi, come il pieno inverno quando i giorni sono brevi e le notti sono lunghe.

Le nuove scoperte provengono dal lavoro con la pianta Arabidopsis, una piccola pianta della famiglia della senape che viene spesso utilizzata nella ricerca genetica. Essi convalidano le previsioni da un modello matematico del meccanismo che fa fiorire Arabidopsis che è stato sviluppato da Andrew Millar, professore di biologia dell’Università di Edimburgo e coautore del documento.

“Il nostro modello matematico ci ha aiutato a comprendere i principi di funzionamento del sensore day-length degli impianti”, ha affermato Millar. “Questi principi si terranno vero in altre piante, come il riso, dove la risposta giorno-lunghezza del raccolto è uno dei fattori che limita dove gli agricoltori possono ottenere buoni raccolti. È la stessa risposta della durata di un giorno che richiede un’illuminazione controllata per la deposizione di polli e allevamenti ittici, quindi è altrettanto importante capire questa risposta negli animali.

“Le proteine coinvolte negli animali non sono ancora così ben comprese come lo sono nelle piante, ma ci aspettiamo che vengano applicati gli stessi principi che abbiamo imparato da questi studi.”

Il primo autore sulla carta è Young Hun Song, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio UW di Imaizumi. Gli altri coautori sono Benjamin To, che era uno studente universitario UW quando questo lavoro veniva condotto, e Robert Smith, uno studente laureato dell’Università di Edimburgo. Il lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health e dal Biotechnology and Biological Sciences Research Council del Regno Unito.

Per ulteriori informazioni:
Imaizumi, 206-543-8709, [email protected]