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Una proteina contro la siccità

Fonte: Le Scienze

EVOLUZIONE  MICROBIOLOGIA  FISICA

TEORICA ARCHEOLOGIA  POLITICHE DELLA

RICERCA 11 giugno 2019

Comunicato stampa Piante: scoperta proteina

che genera resistenza alla siccitàFonte:

Università degli studi di Padova ©

victimewalker/iStock Si chiama cMCU ed è

in grado di regolare il flusso di ioni calcio

nell'organello deputato alla fotosintesi

PIANTE CLIMARiso e grano resistenti alla siccità?

Un futuro possibile grazie a un gruppo di

ricercatori dell'Università di Padova che ha

identificato una nuova proteina che ha un

ruolo fondamentale nella risposta delle

piante agli stimoli esterni.

Il cloroplasto è l'organello deputato alla

fotosintesi ed è fondamentale per la vita

delle piante.

L'importanza del cloroplasto risiede anche

nel suo ruolo emergente di sensore delle

condizioni ambientali avverse.

Come il mitocondrio, anche il cloroplasto

necessita di interloquire con il nucleo per

concertare quelle risposte, fisiologiche o

indotte, che permettono alle cellule e

all'organismo intero di crescere e riprodursi.

Questo processo si chiama "segnalazione

retrograda": l'organello segnala al nucleo

che è avvenuta una variazione nelle

condizioni esterne e così la cellula può

regolare i geni che permettono un'adeguata

risposta.

Come il cloroplasto riesca a comunicare con

il nucleo è ancora in gran parte ignoto.

Lo ione calcio (Ca2+) è noto per la sua funzione

di messaggero intracellulare, non solo negli

animali ma anche nelle piante.

I cloroplasti contengono un'alta concentrazione

di ione calcio, anche se per lo più in forma

complessata e non libera.

Si ritiene che i cloroplasti fungano da ac-

cumulatori dello ione calcio, che al momento

appropriato viene rilasciato nel citoplasma.

Tuttavia, le proteine canale responsabili di

tali spostamenti rimangono a tutt'oggi

sconosciute.

I ricercatori hanno identificato una nuova

proteina che appartiene alla famiglia MCU

(uniporto di calcio del mitocondrio) e

chiamata cMCU.

Questa proteina di membrana funge da

canale ionico che media il flusso di ioni

calcio nel cloroplasto in vivo.

Utilizzando tecniche di biochimica e biofisica,

i gruppi delle prof.sse Ildikò Szabò e Laura

Cendron (Dipartimento di Biologia dell'Università

di Padova) hanno caratterizzato le proprietà

strutturali e la localizzazione intracellulare di

questa proteina nella "pianta modello"

Arabidopsis thaliana (pianta autunnale comune-

mente detta "arabetta"). Utilizzando dei saggi

in vitro ed un modello batterico hanno dimostrato

la capacità di cMCU di veicolare il trasporto

dello ione calcio.

Lo studio A chloroplast-localized mitochondrial

calcium uniporter transduces osmotic stress in

Arabidopsis è stato pubblicato sulla prestigiosa

rivista «Nature Plants».

Quando le piante percepiscono una carenza

d'acqua nel terreno mettono in atto dei meccanismi

di difesa.

Tra questi la chiusura degli stomi (piccole aperture

sulla superficie delle foglie, che permettono gli

scambi gassosi con l'aria) per ridurre la perdita

d'acqua per traspirazione.

Utilizzando tecniche di biologia molecolare e

cellulare è stato possibile dimostrare che, in

assenza della proteina cMCU, le piante hanno

un difetto nella regolazione della chiusura

degli stomi.

Questa alterazione è visibile solo quando

i cloroplasti sono funzionali e quindi il mec-

canismo, studiato in dettaglio in collaborazione

con la prof.ssa Elide Formentin (Dip. Biologia),

è dipendente dai cloroplasti.

Una conseguenza della mancata espressione

del gene che codifica la proteina cMCU è

un'alterata apertura degli stomi che permette

una riduzione della perdita d'acqua durante la

siccità e che aiuta le piante a sopravvivere a

prolungati periodi di carenza idrica.

I risultati di questa ricerca aprono nuovi orizzonti

allo studio della resistenza delle piante alla

siccità.

In un prossimo futuro è ipotizzabile lo sfruttamento

del meccanismo qui scoperto per ottenere piante

di interesse agrario, come grano o riso, più

resistenti allo stress idrico.

«L'identificazione molecolare dell'uniporto del

calcio nei sistemi di mammiferi avvenuta sempre

nell'Ateneo patavino nel 2011 dal gruppo del Prof.

Rosario Rizzuto in collaborazione con noi, ha

permesso lo studio di questa proteina importante

anche in altri sistemi - dice la professoressa Ildikò

Szabò, docente di Biochimica e Coordinatore del

Corso di Dottorato in Bioscienze -.

Con sorpresa, uno dei sei membri di questa famiglia

presenti nelle piante, è stato localizzato nel

cloroplasto, dove svolge un ruolo importante nella

segnalazione fra l'organello e il nucleo. I risultati

ottenuti aprono moltissime domande di importanza

cruciale nella fisiologia vegetale e possibilmente

porteranno a implicazioni rilevanti per l'agricoltura».

«Questo studio contribuisce a chiarire il ruolo del

cloroplasto nella complessa rete di segnalazione

mediata dal calcio nella cellula vegetale, ambito

di cui mi occupo da molti anni - spiega Lorella

Navazio, docente di Botanica e Vice Prefetto del

Centro di Ateneo Orto Botanico -.

Partendo da una ricerca biologica di base, i

risultati ottenuti in questo lavoro aprono interes-

santi prospettive per potenziali risvolti applicativi,

mirati all'ottenimento di piante più resistenti agli

stress ambientali.

Emerge con sempre maggiore evidenza

l'importanza della ricerca sulle piante, in considera-

zione della loro estrema rilevanza per la vita

dell'uomo, per la sua nutrizione, salute, benes-

sere in senso lato».

«Lo studio di proteine trasportatrici, mirato a

determinarne attività e proprietà strutturali, è

di fondamentale importanza per comprendere

quali caratteristiche consentano loro di svolgere

la propria funzione e come siano finemente

regolate, per rispondere alle diverse condizioni

che la cellula sperimenta - dice Laura Cendron,

Ricercatrice di Biochimica -.

I meccanismi molecolari orchestrati da proteine

di questo tipo in risposta a stimoli esterni si

traducono in segnali di straordinaria efficacia e

complessità.

Il lavoro svolto dal nostro team di ricerca porta

un importante contributo nella comprensione

di come un organello fondamentale della

cellula vegetale quale il cloroplasto, sede

della fotosintesi, interloquisca con le altre

componenti cellulari ed adatti le proprie

attività grazie anche a proteine trasportatrici

quali cMCU.»

«Prima d'ora non era chiaro il ruolo del

calcio contenuto nei cloroplasti.

Si pensava fosse solo un luogo per accumularlo

- spiega Elide Formentin, Ricercatrice di Fisiologia

Vegetale -.  

Oggi sappiamo grazie alla nostra ricerca che

esso è necessario per la pianta quando si trova

in condizioni avverse che possono portare alla

disidratazione e alla morte.

Sarà interessante studiare lo stesso meccanismo

in piante di interesse agrario, come il riso o il

grano, per cercare soluzioni alla perdita di produt-

tività dovuta all'inasprimento delle condizioni

climatiche».