Evoluzione dei meccanismi fisiologici di fotoprotezione

Data inizio
1 settembre 2010
Durata (mesi) 
24
Dipartimenti
Biotecnologie
Responsabili (o referenti locali)
Dall'Osto Luca

La risposta agli stress abiotici è un aspetto fondamentale della vita di ogni organismo vivente. Per le piante tale risposta è particolarmente importante perché, non
potendo muoversi ed allontanarsi dal punto in cui crescono, devono necessariamente adeguarsi ed acclimatarsi alle nuove condizioni per sopravvivere.
L'acclimatazione di un organismo consiste nel suo adattamento ai cambiamenti dell'ambiente che lo circonda: i cambiamenti possono essere di intensità e qualità
della luce, temperatura, umidità, disponibilità di nutrimenti. Una caratterizzazione approfondita della risposta acclimatativa è la base indispensabile per arrivare
alla comprensione del fenomeno.
Il progetto da noi proposto parte quindi dalla necessità di studiare l'acclimatazione a diversi stress abiotici. Il cloroplasto è la struttura cellulare centrale nella
percezione delle variazioni ambientali che è quindi in grado di stimolare la risposta allo stress che prelude all'acclimatazione.
L'approccio strategico di questa ricerca sarà quello evolutivo in quanto utilizzeremo il muschio Physcomitrella patens, uno dei primi organismi a colonizzare
l'ambiente subaereo, per capire come risponda alle variazioni nella disponibilità di luce, temperatura ed alla disidratazione. La risposta fotosintetica in tali
condizioni verrà caratterizzata tramite un'analisi biofisica integrata in vivo e un'analisi biochimica su preparati estratti dalle coluture. Le specie reattive
dell'ossigeno (ROS) generate durante l'applicazione di questi stress saranno analizzate grazie alle tecniche messe a punto e regolarmente applicate nella nostra unità.
Un interesse particolare verrà dato al meccanismo fondamentale di fotoprotezione chiamato Non Photochemical Quenching (NPQ), che si basa sull'azione delle
proteine PSBS e LHCSR. Grazie a questo progetto potremo ottenere materiale genetico dall'Unità di Padova per capire se le proteine PSBS e LHCSR abbiano un
ruolo importante in alcuni dei processi acclimatativi sopra citati. L'interazione con UniPD sarà preziosa anche per effettuare esperimenti di microscopia elettronica
che non possono essere effettuati nella nostra struttura. Il nostro obiettivo primario sarà l'isolamento e la caratterizzazione dei supercomplessi fotosintetici del PSI di
P. patens. Tale materiale potrà essere studiato con tecniche spettroscopiche da UniMI e a livello strutturale da UniPD. Alcune ricerche preliminari ci hanno
consentito di identificare alcuni elementi di grande interesse, nella funzione sia del PSI che del PSII di P.patens.
Lo studio dettagliato della superfamiglia delle antenne Light Harvesting Complex (LHC) di P. patens ha individuato la proteina LHCb9 perché la sua sequenza
primaria contiene il motivo di consenso per le cosiddette “forme rosse” ovvero forme di assorbimento della luce a lunghezza d'onda maggiori rispetto a quelle tipiche
delle proteine antenna LHC. LHCb9 contiene tale motivo nonostante sia associata al PSII mentre le “forme rosse” sono finora state trovate nel PSI. La
collaborazione con UniMI permetterà di studiare quali siano le proprità di queste forme di assorbimento tipiche di LHCb9, quali proprietà possano conferire al PSII
e, in seguito, quali conseguenze portino alla fisiologia della pianta.
I muschi non anno ancora evoluto un sistema di trasporto idrico efficiente e sono quindi maggiormente sensibili alle variazioni di disponibilità d'acqua rispetto alle
piante e anche rispetto alle alghe, da cui si sono evoluti, ma che vivono nell'acqua. I muschi sono quindi il gruppo di organismi in cui ci si possono aspettare risposte
innovative all'eccesso di luce nelle sue interazioni con la carenza idrica e la temperatura. Studieremo con particolare attenzione le risposte acclimatative dipendenti
dall'NPQ, il meccanismo di dissipazione dell'energia in eccesso. Procederemo alla caratterizzazione in vitro della proteina LHCSR recentemente identificata per il
suo ruolo nell'NPQ di Chlamydomonas e Physcomitrella, tramite ricostituzione dell'apoproteina con pigmenti (carotenoidi e clorofille). Questo approccio in vitro,
classicamente affrontato nella nostra unità, verrà associato alla purificazione della proteina nativa da pianta. Questo materiale potrà essere usato per una
caratterizzazione spettroscopica del complesso pigmento-proteina grazie all'esperienza di UniMI, al fine di comprenderne il meccanismo d'azione ed eventualmente
caratterizzarne la struttura molecolare.
Lo studio dell'evoluzione dei meccanismi di acclimatazione e del funzionamento di LHCSR sono elementi chiave nella ricerca che porterà al miglioramento
dell'utilizzazione della luce nei processi di produzione di biomasse da colture algali, dato che le alghe dipendono da LHSR per il processo di NPQ.

Enti finanziatori:

PRIN VALUTATO POSITIVAMENTE
Finanziamento: richiesto
Programma: PRIN

Partecipanti al progetto

Luca Dall'Osto
Professore associato
Cinzia Formighieri
Aree di ricerca coinvolte dal progetto
Plant Sciences

Attività

Strutture