Le radici delle piante presentano un enorme variabilita¿ anatomica interspecifica. Un esempio di questa variabilità è dato dal numero di strati cortex, che può variare da uno a molteplici a seconda della specie. La cortex è il tessuto che ha contribuito maggiormente al potere adattativo delle piante; infatti, controlla il rapporto aria/acqua in piante che crescono in terreni acquosi, mentre in piante che vivono in condizioni climatiche e nutritive avverse, immagazzina nutrienti. Utilizzando Cardamine hirsuta, una specie modello che possiede due strati di cortex, il proponente ha scoperto che il fattore di trascrizione PHABULOSA (PHB), appartenente alla famiglia degli HOMEODOMAIN LEUCIN ZIPPER III (HD-ZIPIII), è fondamentale per la formazione del doppio strato di cortex. Difatti questo fattore è necessario e sufficiente ad indurre le divisioni periclinali necessarie per la formazione del doppio strato di cortex. Tuttavia, rimane ancora sconosciuto come PHB riesca a guidare tali divisioni. Il regolatore del ciclo cellulare CYCLIND6;1 (CYCD6;1) promuove le divisioni periclinali che avvengono nella radice di Arabidopsis thaliana, una specie filogeneticamente vicina a Cardamine. Tuttavia la sua funzione in Cardamine e¿ sconosciuta, nonostante il gene sia altamente conservato tra le due specie.
Attraverso l¿utilizzo di tecniche all¿avanguardia di biologia molecolare, di editing genomico e di microscopia mi prefiggo di:
A. Studiare se la CYCD6;1 sia necessaria alla formazione del doppio strato di cortex di Cardamine.
B. Comprendere se PHB regoli lo sviluppo della cortex di Cardamine attraverso la regolazione della CYCD6;1.
Lo studio dello sviluppo comparativo della cortex rappresenta un¿interessante sfida scientifica in biologia evolutiva dello sviluppo vegetale (evo-devo), ma può rivelarsi di assoluto interesse come base per il miglioramento delle specie coltivate e delle pratiche agricole.
Infatti, grazie alla crescita secondaria della cortex le piante hanno potuto colonizzare terreni acquosi-attraverso la formazione dell'aerenchima, un tessuto che controlla il rapporto aria/acqua nella radice-e crescere in condizioni atmosferiche avverse-attraverso la formazione di parenchima di immagazzinamento,in cui i carboidrati sono immagazzinati sotto forma di amido.
I risultati prefissati avranno potenzialmente un impatto sia concettuale che applicativo. Infatti, questa ricerca potrà chiarificare un aspetto critico nell'evoluzione e nell'adattamento delle piante alle terre emerse, concentrandosi sui meccanismi genetico-molecolari che hanno portato alla diversificazione nell'anatomia radicale. L'utilizzo di due specie diverse di Brassica (Cardamine hirsuta e Arabidopsis thaliana) possidenti simili tratti nell' anatomia radicale permetterá di comprendere quali siano i meccanismi genetici alla base dell'evoluzione della radice.
I risultati che mi propongo di raggiungere permetteranno di acquisire maggiori conoscenze sui meccanismi che controllano l'anatomia della cortex, un tratto adattativo fondamentale per le piante che crescono sulle terre emerse, e controllarli. Questo aprirà potenzialmente nuove prospettive per il miglioramento dei livelli nutrizionali di piante coltivate e per le pratiche agricole in ambienti in cui la crescita vegetale é avversa. Dovrebbe anche essere sottolineato che le potenzialitá derivanti dal miglioramento di tratti della radice sono stati sottovalutati a causa dell'eccessivo uso dei fertilizzanti, una pratica che ormai é diventata ecologicamente ed economicamente insostenibile.
Inoltre, é stato recentemente mostrato che la produzione di molteplici strati di cortex aumenta la fitness in altre specie di piante, quali il riso, portando un incremento nella produzione (1). Ciò mostra come la comprensione dei meccanismi molecolari che permettono di modificare l'anatomia radicale sia fondamentale per il miglioramento genetico delle piante coltivate.
1. Seo Jeong et al, (2013) Plant Biotech J 11:101-114