Fonte: Le ScienzeEVOLUZIONE MICROBIOLOGIA FISICATEORICA ARCHEOLOGIA POLITICHE DELLARICERCA 11 giugno 2019Comunicato stampa Piante: scoperta proteinache genera resistenza alla siccitàFonte:Università degli studi di Padova ©victimewalker/iStock Si chiama cMCU ed èin grado di regolare il flusso di ioni calcionell'organello deputato alla fotosintesiPIANTE CLIMARiso e grano resistenti alla siccità?Un futuro possibile grazie a un gruppo diricercatori dell'Università di Padova che haidentificato una nuova proteina che ha unruolo fondamentale nella risposta dellepiante agli stimoli esterni.Il cloroplasto è l'organello deputato allafotosintesi ed è fondamentale per la vitadelle piante.L'importanza del cloroplasto risiede anchenel suo ruolo emergente di sensore dellecondizioni ambientali avverse.Come il mitocondrio, anche il cloroplastonecessita di interloquire con il nucleo perconcertare quelle risposte, fisiologiche oindotte, che permettono alle cellule eall'organismo intero di crescere e riprodursi.Questo processo si chiama "segnalazioneretrograda": l'organello segnala al nucleoche è avvenuta una variazione nellecondizioni esterne e così la cellula puòregolare i geni che permettono un'adeguatarisposta.Come il cloroplasto riesca a comunicare conil nucleo è ancora in gran parte ignoto.Lo ione calcio (Ca2+) è noto per la sua funzionedi messaggero intracellulare, non solo neglianimali ma anche nelle piante.I cloroplasti contengono un'alta concentrazionedi ione calcio, anche se per lo più in formacomplessata e non libera.Si ritiene che i cloroplasti fungano da ac-cumulatori dello ione calcio, che al momentoappropriato viene rilasciato nel citoplasma.Tuttavia, le proteine canale responsabili ditali spostamenti rimangono a tutt'oggisconosciute.I ricercatori hanno identificato una nuovaproteina che appartiene alla famiglia MCU(uniporto di calcio del mitocondrio) echiamata cMCU.Questa proteina di membrana funge dacanale ionico che media il flusso di ionicalcio nel cloroplasto in vivo.Utilizzando tecniche di biochimica e biofisica,i gruppi delle prof.sse Ildikò Szabò e LauraCendron (Dipartimento di Biologia dell'Universitàdi Padova) hanno caratterizzato le proprietàstrutturali e la localizzazione intracellulare diquesta proteina nella "pianta modello"Arabidopsis thaliana (pianta autunnale comune-mente detta "arabetta"). Utilizzando dei saggiin vitro ed un modello batterico hanno dimostratola capacità di cMCU di veicolare il trasportodello ione calcio.Lo studio A chloroplast-localized mitochondrialcalcium uniporter transduces osmotic stress inArabidopsis è stato pubblicato sulla prestigiosarivista «Nature Plants».Quando le piante percepiscono una carenzad'acqua nel terreno mettono in atto dei meccanismidi difesa.Tra questi la chiusura degli stomi (piccole aperturesulla superficie delle foglie, che permettono gliscambi gassosi con l'aria) per ridurre la perditad'acqua per traspirazione.Utilizzando tecniche di biologia molecolare ecellulare è stato possibile dimostrare che, inassenza della proteina cMCU, le piante hannoun difetto nella regolazione della chiusuradegli stomi.Questa alterazione è visibile solo quandoi cloroplasti sono funzionali e quindi il mec-canismo, studiato in dettaglio in collaborazionecon la prof.ssa Elide Formentin (Dip. Biologia),è dipendente dai cloroplasti.Una conseguenza della mancata espressionedel gene che codifica la proteina cMCU èun'alterata apertura degli stomi che permetteuna riduzione della perdita d'acqua durante lasiccità e che aiuta le piante a sopravvivere aprolungati periodi di carenza idrica.I risultati di questa ricerca aprono nuovi orizzontiallo studio della resistenza delle piante allasiccità.In un prossimo futuro è ipotizzabile lo sfruttamentodel meccanismo qui scoperto per ottenere piantedi interesse agrario, come grano o riso, piùresistenti allo stress idrico.«L'identificazione molecolare dell'uniporto delcalcio nei sistemi di mammiferi avvenuta semprenell'Ateneo patavino nel 2011 dal gruppo del Prof.Rosario Rizzuto in collaborazione con noi, hapermesso lo studio di questa proteina importanteanche in altri sistemi - dice la professoressa IldikòSzabò, docente di Biochimica e Coordinatore delCorso di Dottorato in Bioscienze -.Con sorpresa, uno dei sei membri di questa famigliapresenti nelle piante, è stato localizzato nelcloroplasto, dove svolge un ruolo importante nellasegnalazione fra l'organello e il nucleo. I risultatiottenuti aprono moltissime domande di importanzacruciale nella fisiologia vegetale e possibilmenteporteranno a implicazioni rilevanti per l'agricoltura».«Questo studio contribuisce a chiarire il ruolo delcloroplasto nella complessa rete di segnalazionemediata dal calcio nella cellula vegetale, ambitodi cui mi occupo da molti anni - spiega LorellaNavazio, docente di Botanica e Vice Prefetto delCentro di Ateneo Orto Botanico -.Partendo da una ricerca biologica di base, irisultati ottenuti in questo lavoro aprono interes-santi prospettive per potenziali risvolti applicativi,mirati all'ottenimento di piante più resistenti aglistress ambientali.Emerge con sempre maggiore evidenzal'importanza della ricerca sulle piante, in considera-zione della loro estrema rilevanza per la vitadell'uomo, per la sua nutrizione, salute, benes-sere in senso lato».«Lo studio di proteine trasportatrici, mirato adeterminarne attività e proprietà strutturali, èdi fondamentale importanza per comprenderequali caratteristiche consentano loro di svolgerela propria funzione e come siano finementeregolate, per rispondere alle diverse condizioniche la cellula sperimenta - dice Laura Cendron,Ricercatrice di Biochimica -.I meccanismi molecolari orchestrati da proteinedi questo tipo in risposta a stimoli esterni sitraducono in segnali di straordinaria efficacia ecomplessità.Il lavoro svolto dal nostro team di ricerca portaun importante contributo nella comprensionedi come un organello fondamentale dellacellula vegetale quale il cloroplasto, sededella fotosintesi, interloquisca con le altrecomponenti cellulari ed adatti le proprieattività grazie anche a proteine trasportatriciquali cMCU.»«Prima d'ora non era chiaro il ruolo delcalcio contenuto nei cloroplasti.Si pensava fosse solo un luogo per accumularlo- spiega Elide Formentin, Ricercatrice di FisiologiaVegetale -. Oggi sappiamo grazie alla nostra ricerca cheesso è necessario per la pianta quando si trovain condizioni avverse che possono portare alladisidratazione e alla morte.Sarà interessante studiare lo stesso meccanismoin piante di interesse agrario, come il riso o ilgrano, per cercare soluzioni alla perdita di produt-tività dovuta all'inasprimento delle condizioniclimatiche».
Una proteina contro la siccità
Fonte: Le ScienzeEVOLUZIONE MICROBIOLOGIA FISICATEORICA ARCHEOLOGIA POLITICHE DELLARICERCA 11 giugno 2019Comunicato stampa Piante: scoperta proteinache genera resistenza alla siccitàFonte:Università degli studi di Padova ©victimewalker/iStock Si chiama cMCU ed èin grado di regolare il flusso di ioni calcionell'organello deputato alla fotosintesiPIANTE CLIMARiso e grano resistenti alla siccità?Un futuro possibile grazie a un gruppo diricercatori dell'Università di Padova che haidentificato una nuova proteina che ha unruolo fondamentale nella risposta dellepiante agli stimoli esterni.Il cloroplasto è l'organello deputato allafotosintesi ed è fondamentale per la vitadelle piante.L'importanza del cloroplasto risiede anchenel suo ruolo emergente di sensore dellecondizioni ambientali avverse.Come il mitocondrio, anche il cloroplastonecessita di interloquire con il nucleo perconcertare quelle risposte, fisiologiche oindotte, che permettono alle cellule eall'organismo intero di crescere e riprodursi.Questo processo si chiama "segnalazioneretrograda": l'organello segnala al nucleoche è avvenuta una variazione nellecondizioni esterne e così la cellula puòregolare i geni che permettono un'adeguatarisposta.Come il cloroplasto riesca a comunicare conil nucleo è ancora in gran parte ignoto.Lo ione calcio (Ca2+) è noto per la sua funzionedi messaggero intracellulare, non solo neglianimali ma anche nelle piante.I cloroplasti contengono un'alta concentrazionedi ione calcio, anche se per lo più in formacomplessata e non libera.Si ritiene che i cloroplasti fungano da ac-cumulatori dello ione calcio, che al momentoappropriato viene rilasciato nel citoplasma.Tuttavia, le proteine canale responsabili ditali spostamenti rimangono a tutt'oggisconosciute.I ricercatori hanno identificato una nuovaproteina che appartiene alla famiglia MCU(uniporto di calcio del mitocondrio) echiamata cMCU.Questa proteina di membrana funge dacanale ionico che media il flusso di ionicalcio nel cloroplasto in vivo.Utilizzando tecniche di biochimica e biofisica,i gruppi delle prof.sse Ildikò Szabò e LauraCendron (Dipartimento di Biologia dell'Universitàdi Padova) hanno caratterizzato le proprietàstrutturali e la localizzazione intracellulare diquesta proteina nella "pianta modello"Arabidopsis thaliana (pianta autunnale comune-mente detta "arabetta"). Utilizzando dei saggiin vitro ed un modello batterico hanno dimostratola capacità di cMCU di veicolare il trasportodello ione calcio.Lo studio A chloroplast-localized mitochondrialcalcium uniporter transduces osmotic stress inArabidopsis è stato pubblicato sulla prestigiosarivista «Nature Plants».Quando le piante percepiscono una carenzad'acqua nel terreno mettono in atto dei meccanismidi difesa.Tra questi la chiusura degli stomi (piccole aperturesulla superficie delle foglie, che permettono gliscambi gassosi con l'aria) per ridurre la perditad'acqua per traspirazione.Utilizzando tecniche di biologia molecolare ecellulare è stato possibile dimostrare che, inassenza della proteina cMCU, le piante hannoun difetto nella regolazione della chiusuradegli stomi.Questa alterazione è visibile solo quandoi cloroplasti sono funzionali e quindi il mec-canismo, studiato in dettaglio in collaborazionecon la prof.ssa Elide Formentin (Dip. Biologia),è dipendente dai cloroplasti.Una conseguenza della mancata espressionedel gene che codifica la proteina cMCU èun'alterata apertura degli stomi che permetteuna riduzione della perdita d'acqua durante lasiccità e che aiuta le piante a sopravvivere aprolungati periodi di carenza idrica.I risultati di questa ricerca aprono nuovi orizzontiallo studio della resistenza delle piante allasiccità.In un prossimo futuro è ipotizzabile lo sfruttamentodel meccanismo qui scoperto per ottenere piantedi interesse agrario, come grano o riso, piùresistenti allo stress idrico.«L'identificazione molecolare dell'uniporto delcalcio nei sistemi di mammiferi avvenuta semprenell'Ateneo patavino nel 2011 dal gruppo del Prof.Rosario Rizzuto in collaborazione con noi, hapermesso lo studio di questa proteina importanteanche in altri sistemi - dice la professoressa IldikòSzabò, docente di Biochimica e Coordinatore delCorso di Dottorato in Bioscienze -.Con sorpresa, uno dei sei membri di questa famigliapresenti nelle piante, è stato localizzato nelcloroplasto, dove svolge un ruolo importante nellasegnalazione fra l'organello e il nucleo. I risultatiottenuti aprono moltissime domande di importanzacruciale nella fisiologia vegetale e possibilmenteporteranno a implicazioni rilevanti per l'agricoltura».«Questo studio contribuisce a chiarire il ruolo delcloroplasto nella complessa rete di segnalazionemediata dal calcio nella cellula vegetale, ambitodi cui mi occupo da molti anni - spiega LorellaNavazio, docente di Botanica e Vice Prefetto delCentro di Ateneo Orto Botanico -.Partendo da una ricerca biologica di base, irisultati ottenuti in questo lavoro aprono interes-santi prospettive per potenziali risvolti applicativi,mirati all'ottenimento di piante più resistenti aglistress ambientali.Emerge con sempre maggiore evidenzal'importanza della ricerca sulle piante, in considera-zione della loro estrema rilevanza per la vitadell'uomo, per la sua nutrizione, salute, benes-sere in senso lato».«Lo studio di proteine trasportatrici, mirato adeterminarne attività e proprietà strutturali, èdi fondamentale importanza per comprenderequali caratteristiche consentano loro di svolgerela propria funzione e come siano finementeregolate, per rispondere alle diverse condizioniche la cellula sperimenta - dice Laura Cendron,Ricercatrice di Biochimica -.I meccanismi molecolari orchestrati da proteinedi questo tipo in risposta a stimoli esterni sitraducono in segnali di straordinaria efficacia ecomplessità.Il lavoro svolto dal nostro team di ricerca portaun importante contributo nella comprensionedi come un organello fondamentale dellacellula vegetale quale il cloroplasto, sededella fotosintesi, interloquisca con le altrecomponenti cellulari ed adatti le proprieattività grazie anche a proteine trasportatriciquali cMCU.»«Prima d'ora non era chiaro il ruolo delcalcio contenuto nei cloroplasti.Si pensava fosse solo un luogo per accumularlo- spiega Elide Formentin, Ricercatrice di FisiologiaVegetale -. Oggi sappiamo grazie alla nostra ricerca cheesso è necessario per la pianta quando si trovain condizioni avverse che possono portare alladisidratazione e alla morte.Sarà interessante studiare lo stesso meccanismoin piante di interesse agrario, come il riso o ilgrano, per cercare soluzioni alla perdita di produt-tività dovuta all'inasprimento delle condizioniclimatiche».