Il metallo pesante Cadmio (Cd) è un contaminante diffuso nell'ambiente come sottoprodotto dell'incontrollata attività umana. L'eccesso di Cd nei suoli comporta un pericolo sia per agricoltura, che per l'uomo, date le sue proprietà bioaccumulanti e persistenti. Infatti, molte specie vegetali assorbono e traslocano il Cd negli organi aerei i quali, se edibili, ne determinano l'ingresso nella catena alimentare. Nei suoli inquinati da Cd, l'apparato radicale è il primo target della tossicità di questo elemento, con alterazioni morfo/fisiologiche e di sviluppo che si ripercuotono sull'intera pianta. E' stato dimostrato come il Cd, all'interno delle radici, altera il trasporto e la sintesi dell'auxina, principale ormone vegetale, come anche la produzione di importanti molecole segnale e di specie reattive dell'ossigeno (ROS), con conseguente squilibro redox cellulare e danni morfologici per l'intera pianta. Nella risposta delle piante a molti tipi di stress, come anche in molti processi di sviluppo vegetale, i perossisomi giocano un ruolo di primaria importanza. Sono organelli cellulari morfologicamente e funzionalmente dinamici, sede di sintesi di auxina e di molecole segnale come il perossido di idrogeno (H2O2). Quest' ultima molecola, oltre ad essere un regolatore chiave nell'organogenesi radicale auxina-dipendente, è anche implicata nella percezione e nella risposta della pianta allo stress anche attraverso l'interazione con altre molecole segnale prodotte nei perossisomi. Alla luce delle conoscenze attuali, è dunque ipotizzabile, che questi organelli rivestano un ruolo vitale nella risposta allo stress indotto dal Cd il cui target di tossicità, a sua volta, sembra essere specifico per questi organelli. Lo scopo del presente progetto è quello di indagare gli effetti del Cd sui perossisomi radicali ed il ruolo di questi organelli nella risposta allo stress in radici di Arabidopsis thaliana, in termini di metabolismo auxinico, produzione di H2O2 e morfologia radicale.
L'obiettivo del progetto di ricerca è quello di approfondire le conoscenze sui meccanismi alla base della tossicità del metallo pesante cadmio (Cd) sulle piante. Come detto in precedenza, la scelta di studiare gli effetti sull'apparato radicale è dovuta al fatto che, negli eventi di inquinamento del suolo, la radice rappresenta il primo target di tossicità. Tuttavia, ci sono altri vantaggi, che vengono meglio compresi una volta considerati gli aspetti applicativi del progetto. Ad esempio, nei programmi di fitorimedio di suoli inquinati da metalli pesanti, solo un esiguo numero di specie vegetali viene utilizzato nei progetti di bonifica, a causa del limitato numero di piante iperaccumulatrici presenti in natura. La maggior parte delle piante, infatti, si rivela di scarsa applicazione, in quanto fortemente danneggiate dalla presenza dei metalli tossici nel terreno, in modo particolare a livello dell'apparato radicale. Da questo punto di vista, l'aumentata conoscenza degli effetti del Cd a livello radicale, come anche di quei meccanismi/processi collegati ad un incremento della tolleranza dell'organo, prerequisito essenziale per un aumento dell'assorbimento ed accumulo dell'inquinante negli organi sotterranei, potrebbe consentire la creazione di nuove piante ingegnerizzate o la selezione di varietà naturali utili nel fitorimedio. Questa tecnica, infatti, in quanto ecologicamente ed economicamente sostenibile, rappresenta una valida alternativa agli attuali trattamenti fisico-chimici di bonifica di siti contaminati. Un altro aspetto importante preso in considerazione in questo progetto è quello della sicurezza alimentare. Molte specie ad elevato valore agroalimentare, infatti, assorbono facilmente il Cd dal terreno, traslocandolo ed l'accumulandolo negli organi aerei edibili. Oltre a causare rilevanti perdite di raccolto e, dunque, danni all'economia agricola, l'accumulo di Cd può portare alla contaminazione della catena alimentare, con ripercussioni sulla salute degli animali e dell'uomo. Nonostante a riguardo vi sia la necessità di azioni volte all'incremento della sicurezza in ambito alimentare, la crescente domanda di cibo data dal costante incremento della popolazione mondiale rende necessario un aumento della produttività delle colture, in particolare in condizioni ambientali avverse. Dunque, la comprensione dei meccanismi alla base della risposta delle piante a questo metallo tossico, insieme allo studio degli effetti dello stesso in ambito radicale, potrebbe contribuire alla creazione dei presupposti per una riduzione, in ambito agricolo, del tasso di assorbimento/traslocazione dell'inquinante, con ripercussioni positive in ambito di sicurezza alimentare. La scelta del Cd come inquinante oggetto di studio è coerente con gli obiettivi del seguente progetto. Infatti, oltre a essere diffuso in tutto il mondo in concentrazioni tossiche, viene facilmente assorbito e traslocato dalle piante con conseguente contaminazione alimentare. L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC), nel classificare tutte le sostanze potenzialmente cancerogene per l'uomo, ha classificato il Cd nel Gruppo I, ossia tra le sostanze cancerogene più pericolose. Infine, attuali e comuni sono gli eventi registrati di intossicazione cronica da Cd da parte dell'uomo. Nonostante negli ultimi anni molti studi si siano concentrati sugli effetti di metalli tossici su piante modello e/o di interesse economico, ad oggi, molti aspetti rimangono ancora sconosciuti. Tra i principali organelli cellulari vegetali, i perossisomi sono stati gli ultimi ad essere scoperti, e solo negli ultimi anni si è compresa la loro plasticità morfologica/funzionale e la loro importanza nella risposta della pianta agli stress. In precedenza, infatti, si pensava che la loro funzione si esplicasse solo nei processi del metabolismo vegetale, in particolare nella beta-ossidazione degli acidi grassi, nel ciclo del gliossilato e nei processi di fotorespirazione cellulare. Nonostante vi siano oggi diversi studi circa il ruolo dei perossisomi nella risposta agli stress abiotici in generale, poche sono le informazioni circa il ruolo di questi organelli nella risposta allo stress da Cd in termini di risposta morfologica radicale e metabolismo auxinico e produzione di molecole segnale importanti, quali il perossido di idrogeno (H2O2). In conclusione, le principali innovazioni del progetto di ricerca sono correlate alla comprensione di come questi organelli possono contribuire alla modifica dell'apparato radicale senza subire consistenti danni di sviluppo ed eventualmente aumentare la tolleranza al Cd. Inoltre, si valuterà una possibile correlazione tra la loro funzionalità ed i processi di accumulo radicale e traslocazione del metallo tossico. Si ritiene che i risultati ottenuti dal presente progetto potranno contribuire a portare risvolti positivi nei campi del fitorimedio e della sicurezza alimentare.