Controllo dell'architettura fiorale dell'orzo
Nuovi modi per aumentare le rese: i ricercatori individuano la chiave per ottenere più cereali
L'aspetto della fioritura delle graminacee, tra cui l'orzo, è controllato dai "meristemi", che ospitano le cellule staminali delle piante. I biologi della Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) hanno ora identificato un peptide specifico e il recettore associato che determinano la crescita delle infiorescenze in due assi. In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, spiegano che da questo dipende anche il numero di chicchi d'orzo formati.
Le graminacee hanno sviluppato molte forme diverse di infiorescenze. Il modo in cui i grani sono disposti al loro interno varia: alcune specie formano infiorescenze complesse e ramificate che portano diversi grani; altre, come l'orzo, hanno infiorescenze molto più semplici. Nell'orzo, i singoli grani sono formati ciascuno su un asse corto, la "rachilla".
Queste differenze nell'architettura del fiore si formano nelle prime fasi dello sviluppo della pianta. Le dimensioni, la posizione e la durata dei meristemi determinano la formazione finale dell'infiorescenza.
Un team di scienziati guidato dal Prof. Dr. Rüdiger Simon dell'Istituto di Genetica dello Sviluppo della HHU ha ora scoperto una via di segnalazione che regola l'attività di alcuni meristemi nell'orzo. In Nature Communications si descrive che un piccolo peptide secreto dalle cellule della rachilla, chiamato HvFCP1, interagisce con un recettore chiamato HvCLV1 localizzato sulla membrana plasmatica e controlla così la crescita dei meristemi lungo gli assi verticale e orizzontale. Questo determina in ultima analisi la forma dell'infiorescenza dell'orzo.
I ricercatori hanno anche studiato cosa succede quando i geni responsabili della formazione di HvFCP1 o HvCLV1 mutano. In questi casi, le piante sviluppano infiorescenze e rachidi più grandi. Le infiorescenze di questi mutanti dell'orzo - con la formazione di più fiori (e successivamente di grani) da un'unica rachiglia - assomigliano quindi nell'architettura alle infiorescenze del grano.
Nella loro ricerca, gli autori hanno combinato un'analisi della funzione genica a livello cellulare con una dettagliata caratterizzazione fenotipica mediante microscopia a scansione elettronica e a fluorescenza. Il Prof. Simon: "La HHU è attrezzata in modo eccellente per questo grazie al suo centro di microscopia, il Center for Advanced Imaging (CAi)".
Il primo autore dello studio, il dottor Isaia Vardanega, afferma: "La nostra scoperta ci permette ora di riprogettare le infiorescenze delle graminacee. Comprendendo il sistema di cellule staminali dell'orzo in modo più dettagliato, possiamo, ad esempio, aumentare il numero di chicchi e quindi contribuire a una maggiore produzione agricola."
Il Prof. Simon aggiunge: "Questo lavoro pone le basi per nuovi approcci di selezione mirati. La nostra conoscenza del controllo genetico dell'architettura dell'orzo permetterà di produrre più rapidamente nuove varietà di piante ad alta resa con l'aiuto dell'editing del genoma".
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Pubblicazione originale
Isaia Vardanega, Jan Eric Maika, Edgar Demesa-Arevalo, Tianyu Lan, Gwendolyn K. Kirschner, Jafargholi Imani, Ivan F. Acosta, Katarzyna Makowska, Götz Hensel, Thilanka Ranaweera, Shin-Han Shiu, Thorsten Schnurbusch, Maria von Korff, Rüdiger Simon; "CLAVATA signalling shapes barley inflorescence by controlling activity and determinacy of shoot meristem and rachilla"; Nature Communications, Volume 16, 2025-4-26
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