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Il meccanismo di rilevamento dell'ossigeno delle piante

Ricercatore agrario


Le piante con una sovraespressione della proteina RAP2.12 hanno una tolleranza più alta all'immersione e sono in grado di recuperare meglio dopo delle inondazioni

Sia che voi siate un botanico o un semplice appassionato di giardinaggio, sapete bene che troppa acqua può uccidere le vostre piante. Allagare le piante con troppa acqua non permette loro di assorbire una quantità sufficiente dell'ossigeno necessario per garantire la loro respirazione cellulare e la produzione di energia. Allo scopo di affrontare questo stato di ipossia, le piante stimolano dei geni specifici. Ma, fino ad ora, il modo esatto in cui le piante avvertono la concentrazione di ossigeno era rimasto un mistero. Ricercatori in Europa hanno identificato una proteina in grado di legarsi a determinate regioni dell'acido deossiribonucleico (DNA), innescando così la trascrizione dei geni di risposta allo stress. I risultati, pubblicati nella rivista Nature, potrebbero portare al miglioramento della tolleranza dei raccolti alle inondazioni.

Molti studi recenti hanno notato come una proteina che attiva i geni allo scopo di rispondere all'ipossia, un cosiddetto fattore di trascrizione, è rilasciata dalla membrana cellulare per accumularsi nel nucleo e provocare l'espressione dei geni di risposta allo stress. Scienziati provenienti da Germania, Italia e Paesi Bassi affermano di aver identificato un ramo del processo ubiquitina-dipendente con la regola dell'N-terminale per la degradazione proteica, che è attivo sia nei mammiferi che nelle piante, che funziona come meccanismo di rilevamento dell'ossigeno nella Arabidopsis thaliana, una piccola pianta da fiore comunemente utilizzata come organismo modello nella biologia delle piante.

Le scoperte mostrano che le piante con una sovraespressione della proteina RAP2.12 hanno una tolleranza più alta all'immersione e sono in grado di recuperare meglio dopo delle inondazioni.

"Quando la concentrazione di ossigeno è bassa, come durante un'inondazione, la RAP2.12 viene rilasciata dalla membrana plasmatica e si accumula nel nucleo per attivare l'espressione genetica per l'acclimatazione all'ipossia." scrivono gli autori nello studio.
"La nostra scoperta di un meccanismo per il rilevamento dell'ossigeno apre nuove possibilità per migliorare la tolleranza agli allagamenti delle colture."

Sotto i riflettori è adesso il ruolo dell'N-terminale della proteina (l'inizio della catena di amminoacidi). Una modifica di questa sequenza di amminoacidi, sia che si tratti dell'aggiunta che della sottrazione di amminoacidi, porta al peggioramento della risposta della pianta alla scarsa disponibilità di ossigeno.

Le normali condizioni aerobiche facilitano il fissaggio della RAP2.12 alla membrana cellulare. Quando i livelli di ossigeno scendono, la proteina si stacca dalla membrana e si accumula nel nucleo dove può svolgere il suo ruolo di fattore di trascrizione e può stimolare geni specifici. Secondo i ricercatori, quando la disponibilità di ossigeno si riporta a livelli normali, la RAP2.12 viene rapidamente degradata per fermare la trascrizione dei geni di risposta allo stress.

Essi mettono in evidenza che nelle piante in cui c'è l'espressione di una RAP2.12 con N-terminale modificato, la proteina si trova all'interno del nucleo anche prima che inizi lo stress legato all'ossigeno. La proteina modificata si accumula nel nucleo quando inizia l'ipossia, ma non viene degradata quando i livelli di ossigeno ritornano nuovamente a condizioni normali.

Molto importante è anche la loro scoperta del ruolo della regola dell'N-terminale. "Secondo la regola dell'N-terminale, il primo amminoacido di una proteina determina la durata della sua vita," dice il coautore e capo del team Joost van Dongen dell'Istituto Max Planck di fisiologia molecolare delle piante in Germania. "Ci sono amminoacidi stabilizzatori e amminoacidi destabilizzatori. La scoperta della RAP2.12 come componente centrale del meccanismo di rilevamento dell'ossigeno nelle piante apre interessanti possibilità per accrescere la tolleranza delle colture alle inondazioni."

Circa il 10% delle terre coltivabili del mondo è soggetto a inondazioni temporanee ogni anno.

Articolo:
Licausi, F. et al. (2011) "Oxygen sensing in plants is mediated by an N-end rule pathway for protein destabilization." Nature, pubblicato il 23 ottobre. DOI:10.1038/nature10536

Fonte: Cordis (21/11/2011)
Pubblicato in Genetica, Biologia Molecolare e Microbiologia
Tag: RAP2.12, ubiquitina, ipossia, ossigeno, piante
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