Negli organismi pluricellulari, lo sviluppo coerente degli organi richiede che meccanismi genetico-molecolari posizionino confini di sviluppo tra tessuti e zone giustapposti, ma con caratteristiche istologiche e di stato diverse. La radice di Arabidopsis thaliana presenta una crescita continua post-embrionale, dovuta al meristema, un gruppo di cellule totipotenti proliferanti poste nell¿apice della radice. Essa è un ottimo sistema modello, poiché la sua organizzazione stereotipica ne permette l¿analisi nel tempo dei tessuti e delle zone di sviluppo. Nella radice si distinguono, sulla base dello stato di sviluppo: la zona meristematica, la zona di transizione (TZ), ovvero il confine di sviluppo tra cellule proliferanti e in differenziamento; la zona di elongazione e differenziamento. Alla fine dell¿embriogenesi, tuttavia, questa zonazione non è presente e solo dopo la germinazione le cellule meristematiche iniziano a proliferare e poi differenziare stabilendo il confine della TZ e la zonazione della radice. In seguito, il numero di cellule meristematiche aumenta nel tempo (fase di crescita del meristema), fino a stabilizzarsi a circa 5 giorni dalla germinazione (fase di equilibrio del meristema). I fattori di trascrizione responsivi alle citochinine ARR12 e ARR1 promuovono il tasso di differenziamento cellulare, rispettivamente durante la fase di crescita del meristema e durante la fase di equilibrio, quando si stabilizza la posizione della TZ e il bilanciamento tra tasso di differenziamento e di proliferazione. Nonostante l¿importanza del concetto di confine di sviluppo, i meccanismi molecolari che controllano il suo instaurarsi e posizionarsi sono parzialmente conosciuti. Lo scopo di questa ricerca è indagare gli interruttori molecolari, controllati rispettivamente da ARR12 e ARR1, che sottostanno alla fase di crescita e alla fase di equilibrio del meristema, così da spiegare i meccanismi che portano alla zonazione e allo sviluppo coerente della radice nel tempo.
L' analisi dei meccanismi che posizionano i confini di sviluppo in organismi multicellulari è di assoluto interesse nel campo della biologia dello sviluppo di base. Di ciò ne è prova la letteratura che riguarda altri organismi modello, quali Drosophila melanogaster e studi condotti sul malfunzionamento di questi processi che portano a malformazioni e patologie tumorali (1).
Nelle piante, sono stati investigati lo sviluppo di confini di sviluppo riguardanti la separazione tra meristema apicale del germoglio e cotiledoni (2). Ciò nonostante, le conoscenze riguardanti nello specifico la radice, sono molto limitate e non esaustive.
Infatti, lo scopo principale di questa ricerca è volto a dissezionare le vie genetico-molecolari a valle dell'ormone citochinina, che sono le effettrici alla base del cambiamento dalla fase di crescita alla fase di equilibrio del meristema (quindi rispettivamente sotto il controllo dei fattori trascrizionali ARR12 e ARR1) (3,4,5). In questo modo si ambisce a comprendere quali fattori portino alla zonazione della radice e al suo sviluppo coerente nel tempo, oltre che ad ampliare le conoscenze pregresse nel campo che riguardano l'azione antagonista delle citochinine sull'ormone auxina e sui geni che controllano la capacità della nicchia staminale di rimanere attiva e di rifornire continuamente la radice di cellule meristematiche (6).
Le conoscenze che si acquisiranno con questo studio possono porre le basi per ulteriori studi biotecnologici a lungo termine, applicabili anche a piante di interesse agronomico, considerando che queste conoscenze possono essere sfruttate per far accrescere in modo potenzialmente più rapido e più in profondità nel terreno la radice principale di specie evolutivamente affini ad Arabidopsis, le quali presumibilmente condividono i meccanismi genetici in esame e che sono coltivate a scopo alimentare (come cavoli, broccoli, rape, ravanelli e colza).
Inoltre, un obiettivo parallelo a questo progetto, ma che può beneficiare dei suoi potenziali risultati, è quello di integrare le conoscenze ottenute nella costruzione di un modello computazionale di radice, che descriva e simuli la crescita della radice nel tempo. Questo modello, si basa sulla risoluzione continua di equazioni differenziali fino ad uno stato stazionario e, una volta costruito e collaudato, potrà aiutare a dissezionare processi complessi e predire proprietà emergenti, suggerendo esperimenti testabili in vivo (7).
(1) Dahmann et al., 2011, Nat Rev Genet. 12(1):43-55.
(2) Wang et al., 2016, New Phytol, 209(2):485-98.
(3) Moubayidin et al., 2010, Curr Biol, 20(12):1138-43.
(4) Perilli et al., 2013, Plant Cell, 25(11):4469-78.
(5) Dello Ioio et al., 2008, Science, 322: 1380-84.
(6) Moubayidin et al., 2013, Dev Cell, 26(4):405-15.
(7) Grieneisen et al., 2007, Nature, 449:1008-13.