Una nuova scoperta potrebbe migliorare i raccolti e combattere la fame globale. I risultati potrebbero ispirare gli sforzi per migliorare i raccolti e combattere la fame nel mondo.
Un nuovo lavoro condotto da Kangmei Zhao e Sue Rhee di Carnegie rivela un nuovo meccanismo attraverso il quale le piante sono in grado di attivare rapidamente le difese contro le infezioni batteriche. Questa comprensione potrebbe ispirare gli sforzi per migliorare i raccolti e combattere la fame nel mondo.
"Capire come le piante rispondono agli ambienti stressanti è fondamentale per lo sviluppo di strategie per proteggere importanti colture alimentari e biocarburanti da un clima che cambia", ha spiegato Rhee.
Pubblicato in eLife, un nuovo lavoro di Zhao e Rhee, insieme a Benjamin Jin della Carnegie e Deze Kong e Christina Smolke della Stanford University, ha studiato come viene attivata a livello genetico la produzione di un composto di difesa delle piante chiamato camalexin.
"Poiché le piante crescono in un luogo fisso, non possono fuggire da predatori o agenti patogeni", ha spiegato Zhao. "Invece, si sono evoluti per produrre composti che li aiutano a combattere gli invasori, tra le altre funzioni".
La camalexina, come altri metaboliti vegetali, è sintetizzata da proteine operaie specializzate chiamate enzimi che svolgono molti dei compiti funzionali della cellula. Quando la pianta è sotto stress ambientale, attiva i geni che codificano per questi enzimi. I ricercatori hanno cercato di chiarire come una cellula vegetale può avviare rapidamente la linea di produzione e rispondere a condizioni o minacce esterne al momento giusto.
Il materiale genetico di una cellula codifica le ricette per produrre questi enzimi che producono camalexina e tutte le proteine di cui la cellula potrebbe aver bisogno per svolgere le sue funzioni necessarie in una varietà di condizioni in ogni fase della sua vita. Queste sono molte informazioni. Ecco perché l'organizzazione del codice genetico nella cellula è così cruciale.
"Immagina che il genoma di una cellula sia una libreria enorme e ogni gene è un libro e ogni cromosoma è uno scaffale estremamente grande", ha detto Rhee. "La cellula ha diversi meccanismi per trovare rapidamente il gene di cui ha bisogno in questa vasta gamma di informazioni in modo che possa essere trascritta e tradotta per produrre la proteina codificata e rispondere alle condizioni ambientali, comprese le minacce e lo stress".
Queste strategie includono l'aggiunta o la rimozione di etichette o segni nella confezione di tutti i geni e del materiale associato, chiamati collettivamente cromatina, che possono aumentare o inibire l'espressione di particolari geni. A volte, sono presenti contemporaneamente sia elementi attivanti che repressivi, un fenomeno chiamato cromatina bivalente.
Zhao, Rhee e i loro colleghi sono stati in grado di chiarire l'esistenza di un tipo mai caratterizzato prima di cromatina bivalente: l'hanno chiamato kairostat, dal greco "kairos", che significa al momento giusto, e "stat", che significa dispositivo, che mantiene inattivo il percorso di biosintesi della camalexina fino a quando non vi è un segnale patogeno. I loro risultati indicano che entrambi gli elementi sono necessari per controllare la corretta tempistica della risposta della pianta allo stress esterno.
“La camalexina e altri composti di difesa sono spesso molto costosi e tossici da produrre per le piante. Quindi, è svantaggioso per le piante produrli tutto il tempo", ha detto Zhao. “Gli scienziati delle piante sanno da molto tempo che questi composti di difesa vengono prodotti appena in tempo quando una pianta viene attaccata da parassiti e agenti patogeni. Ora abbiamo un nuovo controllo su un meccanismo molecolare che consente questo preciso tempismo della produzione di camalexina. Questa scoperta potrebbe informare le strategie per combattere il cambiamento climatico e la fame globale, o anche la sintesi di farmaci di origine vegetale”.
Guardando al futuro, il gruppo vuole caratterizzare tutte le proteine coinvolte nello stabilire e rimuovere i segni epigenetici per identificare più kairostats e comprendere meglio il loro ruolo nelle risposte ambientali e in altre funzioni delle piante.
Riferimento: “Una nuova cromatina bivalente si associa alla rapida induzione dei geni di biosintesi della camalexina in risposta a un segnale patogeno in Arabidopsis” di Kangmei Zhao, Deze Kong, Benjamin Jin, Christina D Smolke e Seung Yon Rhee, 15 settembre 2021, eLife.
DOI: 10.7554/eLife.69508
Questo lavoro è stato in parte supportato dalla Carnegie Institution for Science Endowment e dalle sovvenzioni della National Science Foundation (IOS-1546838, IOS-1026003), dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dall'Ufficio delle Scienze, dall'Ufficio per la Ricerca Biologica e Ambientale, dal Programma di Scienze Genomiche nn. DE-SC0018277, DE-SC0008769 e DE-SC0020366 e il National Institutes of Health (1U01GM110699-01A1).
Articolo pubblicato originariamente QUI
