Le piante, in quanto organismi sessili, sono esposte a variazioni delle condizioni ambientali repentine e spesso avverse, che ne influenzano crescita e sviluppo. Lo stress da freddo è tra i più limitanti, in quanto restringe la distribuzione geografica delle piante e la produttività dei raccolti. Il meccanismo di risposta allo stress da freddo più caratterizzato è l'acclimatazione o cold acclimation, processo adattativo mediante il quale le piante affrontano la riduzione di temperatura, sviluppando una, seppur contenuta, tolleranza. Una profonda e rapida riprogrammazione dell'espressione genica contribuisce all'acclimatazione della pianta alla condizione sfavorevole. I meccanismi di regolazione trascrizionale di questo processo adattativo sono in parte delucidati, mentre la regolazione epigenetica del cold acclimation è ancora ampiamente da chiarire. Dati recenti suggeriscono che le modifiche post-traduzionali degli istoni hanno un ruolo cruciale nella risposta al freddo.
Obiettivo di questo progetto è la comprensione dei meccanismi di regolazione epigenetica post-traduzionale che controllano il processo di cold acclimation delle piante, mediante uno studio genome-wide. Verrà, inoltre, utilizzato un approccio farmacologico, già messo a punto nel nostro laboratorio, per studiare le modificazioni istoniche. Il progetto nasce dallo studio di DAG1 (DOF AFFECTING GERMINATION 1) di Arabidopsis thaliana, repressore della germinazione dei semi e target di modificazioni istoniche durante tale processo; inoltre, studi recenti hanno dimostrato il suo coinvolgimento nel processo adattivo del cold acclimation.
I cambiamenti climatici e il loro notevole impatto sulla resa delle colture rendono lo studio dei meccanismi molecolari/epigenetici del cold acclimation di notevole interesse non solo per la ricerca di base, ma anche per la ricerca applicata.
Lo stress da freddo è un importante fattore ambientale che compromette seriamente sia crescita e sviluppo delle piante, che produttività delle coltivazioni. Le piante hanno evoluto una serie di meccanismi che consentono loro di adattarsi allo stress da freddo sia a livello molecolare che fisiologico. La risposta delle piante alle basse temperature più caratterizzata è l'acclimatazione o cold acclimation, processo adattativo con cui le piante affrontano le basse temperature (1). Mentre i meccanismi di regolazione trascrizionale sono in gran parte delucidati, la regolazione epigenetica del cold acclimation rimane ancora ampiamente da chiarire. Dati recenti suggeriscono che le modifiche post-traduzionali degli istoni hanno un ruolo cruciale nella risposta al freddo.
È importante sottolineare che, nelle piante, la transizione di fase vegetativa-riproduttiva è indotta da esposizioni prolungate al freddo mediante un processo adattativo, la vernalizzazione, necessario per impedire la fioritura precoce (2). La fioritura è un processo di sviluppo controllato dal freddo, la cui regolazione è prevalentemente a livello epigenetico (3;4).
Sebbene i dati disponibili ad oggi sul cold acclimation, suggeriscano vie di segnalazione distinte tra questo processo e la vernalizzazione, uno studio proteomico ha supportato l'ipotesi che il controllo della vernalizzazione abbia un effetto sul controllo del proteoma associato a cold acclimation, ed evidenzia uno stretto legame tra l'up-regolazione delle proteine associate al cold acclimation e la vernalizzazione in grano (5).
La possibilità di accrescere le conoscenze sui meccanismi molecolari/epigenetici che controllano il cold acclimation ha un notevole valore non solo per la ricerca di base, ma anche per la ricerca applicata. Infatti, il problema impellente dei cambiamenti climatici e la conseguente preoccupazione per l'ottimizzazione della resa delle colture agricole, rende cruciale lo studio sui meccanismi molecolari che controllano la risposta agli stress ambientali. In particolare, lo stress da freddo è considerato prioritario in quanto limita la distribuzione geografica delle coltivazioni e causa riduzione dei raccolti.
Sebbene questo progetto di ricerca sia finalizzato a ricerca di base su un argomento scientifico all'avanguardia, e non includa obiettivi applicativi espliciti, va sottolineato il suo valore in relazione alle importanti applicazioni agronomiche e biotecnologiche.
Referenze
1) Ding et al. (2019). New phytologist, 222(4), 1690-1704
2) Kim et al. (2009). Annual review of cell and developmental biology, 25, 277-299.
3) Helliwell et al. (2015). Trends in plant science, 20(2), 76-82.
4) Dennis & Peacock (2007). Current opinion in plant biology, 10(5), 520-527.
5) Sarhadi et al. (2010). Journal of proteome research, 9(11), 5658-5667.