Dalla divisione al differenziamento cellulare: un preciso equilibrio tra trasporto ormonale e regolazione genica che determina l'architettura della pianta. Un approccio olistico per mezzo del NGS (next generation sequencing).

Starting date
July 15, 2011
Duration (months)
24
Departments
Biotechnology
Managers or local contacts
Furini Antonella
Keyword
trascrittomica, fattore di trascrizione, regolazione genica

La conoscenza dei meccanismi molecolari responsabili dello sviluppo ed infine dell’architettura della pianta è essenziale per la manipolazione dei caratteri agronomi che influiscono sulla produttività e sul sistema di raccolta. La forma della pianta è determinata da un complesso equilibrio di regolazione genica e risposta ormonale ed è sotto stretto controllo genetico. Gli studi condotti su piante modello e su specie coltivate hanno contribuito a far luce sulle basi genetiche dell’architettura della pianta, tuttavia la complessità dei processi, le diversità esistenti tra mono- e dicotiledoni, ed il fatto che l’architettura della pianta è influenzata dalle condizioni ambientali rendono difficoltosa la comprensione di molti processi.
In questo progetto specie modello come l’A. thaliana e non modello come Streptocarpus rexii e le specie coltivate mais e riso sono prese in esame allo scopo di far luce, utilizzando la tecnologia Next Generation Sequencing (NGS), su alcuni processi di sviluppo. In particolare, studi preliminari condotti dalla UR2 hanno dimostrato che la maggior complessità dello sviluppo dell’embrione in mais rispetto all’Arabidopsis è associata ad una più elaborata localizzazione dei prodotti genici in grado di controllare il trasporto e la localizzazione dell’auxina. Pertanto si intende, con l’approccio NGS e con le competenze informatiche fornite dall’UR4 ottenere informazioni sulla rete di geni che in mais, sono coinvolti nella risposta all’auxina in stadi precoci dell’embriogenesi. Inoltre, in Arabidopsis i Growth Regulating Factors (GRF) agiscono nel primordio fogliare nella regolazione della divisione cellulare, influendo sulla morfologia e sulle dimensioni della foglia mentre le funzioni ed i meccanismi di regolazione di questi geni sono poco noti nelle monocotiledoni e diverse evidenze suggeriscono che, almeno in parte, questi differiscano dai AtGRF. Per esempio il GRF1 di riso sembra essere coinvolto nell’allungamento del fusto mediato dalle gibberelline (GA), attraverso l’attività del meristema intercalare, presente solo nelle monocotiledoni. L’UR3 ha identificato proteine GRF come putativi regolatori a monte dei geni della classe KNotted-1 like homeobOX (KNOX), stabilendo un nuovo legame tra GRF, funzioni meristematiche e regolatori ormonali. Si propone pertanto di indagare sui meccanismi molecolari che mediano le funzioni di geni GRF di riso nonché delle interazioni fra GRF e GA analizzando per mezzo del NGS, in collaborazione con UR4, i trascrittomi in piante di riso sovraesprimenti/silenziate per i geni GRF.
Nella specie non modello S. rexii, il corpo vegetativo si sviluppa attraverso la reiterazione di unità di crescita chiamate fillomeri cioè strutture che combinano caratteristiche di fusto e foglia. Inoltre la specie si distingue per la mancata formazione del meristema apicale durante l’embriogenesi e l’anisocotiledonia. L’UR5 ha caratterizzato in questa specie gli ortologhi di STM (SHOOT MERISTEMLESS) e WUS (WUSCHEL) dimostrando che la regolazione di questi geni differisce da quella degli stessi in Arabidospsi. I cambiamenti nell’espressione di geni regolatori potrebbero spiegare la peculiare struttura di questa specie. Perciò lo svolgimento del progetto prevede, con l’appoggio dell’UR4 un’analisi globale del trascrittoma nei meristemi di S. rexii con tecniche NGS al fine di identificare i geni espressi durante la germinazione, l’anisocotiledonia e la formazione dei fillomeri. Infine, in Arabidopsis è stato ipotizzato per il fattore Myb59 un ruolo specifico nell’avanzamento del ciclo cellulare e nel controllo del numero di cellule specialmente della radice. MYB59 presenta inoltre un’elevata omologia di sequenza aminoacidica (> 85%) con MYB48. Studi preliminari condotti dall’UR1 hanno dimostrato che il fattore di trascrizione MYB59 regola la dimensione delle foglie ed è sottoposto al controllo di ormoni quali auxina e GA. Tutto ciò fa presumere che MYB59 svolga un ruolo nel controllo della dimensione e dello sviluppo della pianta ma, l’omologia tra MYB59 e MYB48 fa supporre che entrambe le proteine svolgano una funzione ridondante. La tecnica NGS viene quindi utilizzata in collaborazione con l’UR4 per identificare i geni target dei due fattori MYB al fine di comprenderne il loro ruolo nello sviluppo e quindi nell’architettura della pianta.
I gruppi di ricerca che partecipano a questo progetto vantano una collaudata esperienza di collaborazione maturata grazie a precedenti esperienze in Progetti di Rilevante Interesse Nazionale sullo sviluppo e il differenziamento vegetale. Inoltre, il progetto è sostenuto da una solida rete di cooperazione tra le UR partecipanti senza la quale la maggior parte delle attività programmate non sarebbero realizzabili in tempi accettabili, sia per la mancanza di competenze specifiche che di coordinamento, necessarie nell'uso di servizi esterni disponibili presso le diverse sedi.

Sponsors:

PRIN VALUTATO POSITIVAMENTE
Funds: assigned and managed by the department
Syllabus: PRIN

Project participants

Giovanni Dal Corso
Technical-administrative staff
Antonella Furini
Full Professor
Research areas involved in the project
Plant Sciences

Activities

Research facilities