Il controllo materno e ambientale della dormienza dei semi viene effettuato attraverso nuovi meccanismi epigenetici
I
semi rimangono in uno stato dormiente - un temporaneo blocco della loro
germinazione - finché le condizioni ambientali non sono ideali per la
germinazione. La profondità di questo sonno, che è influenzata da vari
fattori, è ereditata dalla madre, come avevano precedentemente
dimostrato i ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera.
Oggi gli stessi ricercatori rivelano alla rivista eLife
come questa impronta materna viene trasmessa attraverso piccoli
frammenti di RNA cosiddetti "interferenti", che inattivano determinati
geni. I biologi rivelano anche che un meccanismo simile consente di
trasmettere un'altra impronta, quella delle temperature presenti durante
lo sviluppo del seme. Più bassa è questa temperatura, più alto sarà il
livello di dormienza del seme. Questo meccanismo consente al seme di
ottimizzare i tempi della sua germinazione. L'informazione viene quindi
cancellata nell'embrione germogliato, in modo che la prossima
generazione possa memorizzare nuovi dati sul proprio ambiente.
La
dormienza è implementata durante lo sviluppo del seme dalla pianta
madre. Questa proprietà consente ai semi di germogliare durante la
stagione appropriata, per impedire che tutta la progenie di una pianta
si sviluppi nello stesso luogo e competa per delle risorse limitate e
per promuovere la dispersione delle piante. Anche i semi perdono la loro
dormienza a tempi variabili. "Le sottospecie della stessa pianta
possono avere diversi livelli di dormienza a seconda delle latitudini in
cui vengono
prodotti, e volevamo capire perché", spiega Luis Lopez-Molina,
professore presso il Dipartimento di botanica e biologia vegetale della
Facoltà UNIGE di Scienza.
Il gene paterno è silenziato
Come
tutti gli organismi con riproduzione sessuale, il seme riceve due
versioni di ciascun gene, un allele materno e uno paterno, che possono
avere diversi livelli di espressione. I biologi dell'UNIGE hanno
dimostrato nel 2016 che i livelli di dormienza di Arabidopsis thaliana,
un organismo modello utilizzato nei laboratori, sono ereditati dalla
madre. Infatti, nel seme, il livello di espressione di un gene che
regola la dormienza chiamato allantoinasi
(ALN) è lo stesso di quello dell'allele materno. Ciò implica che è
l'allele materno di ALN che è principalmente espresso, a scapito
dell'allele paterno.
Nel
presente studio, i ricercatori mostrano che questa impronta materna è
trasmessa da un meccanismo epigenetico, che influenza l'espressione di
determinati geni senza alterarne la sequenza. L'allele paterno di ALN è
'silenziato' da modificazioni biochimiche chiamate metilazioni, che
vengono effettuate nella regione del promotore del gene per inattivarlo.
"Queste
metilazioni sono esse stesse il risultato di un processo in cui sono
coinvolti diversi complessi enzimatici e fattoriali, così come piccoli
frammenti del cosiddetto RNA" interferente". Questo è un esempio unico
di impronta genomica, perché è fatto in assenza dell'enzima solitamente
responsabile della metilazione", afferma Mayumi Iwasaki, ricercatore del gruppo di Ginevra e primo autore dell'articolo.
L'impronta del freddo passato impedisce al seme di risvegliarsi
Anche
le condizioni ambientali presenti durante la formazione del seme
lasciano il segno, poiché il livello di dormienza aumenta con il
diminuire delle temperature. "Abbiamo scoperto che, in questo caso,
entrambi gli alleli del gene ALN sono fortemente repressi nel seme, a
causa di un meccanismo epigenetico simile, ma non tutti gli attori sono
uguali a quelli che partecipano per silenziare l'allele paterno," dice
Luis Lopez-Molina.
Questa
impronta del freddo consente al seme di conservare informazioni sulle
temperature passate, al fine di includerle nella scelta del momento
ottimale di germinazione. Dopo la germinazione, il gene ALN viene
riattivato nell'embrione. La memoria del freddo verrà quindi cancellata,
consentendo di reimpostare i contatori per la generazione successiva.
"Studiare
come i fattori materni e ambientali causino il risveglio dei semi
dormienti è di fondamentale importanza per l'agricoltura, specialmente
per prevenire la germinazione precoce in un ambiente soggetto ai
cambiamenti climatici", conclude Mayumi Iwasaki.
Anche le quote ecologiche sono elevate, poiché l'aumento delle
temperature potrebbe ridurre la dormienza della banca dei semi e quindi
modificare la distribuzione delle specie vegetali in una determinata
latitudine. Ciò avrebbe conseguenze multiple, sia dirette che indirette,
per specie animali e vegetali autoctone.
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