La proteina chiave SYFO2 consente l'"autofecondazione" delle leguminose
Nuove prospettive su come ridurre l'uso di fertilizzanti nelle colture in futuro
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Un team di ricerca internazionale guidato dal Prof. Dr. Thomas Ott ha dimostrato per la prima volta che la proteina SYFO2 è responsabile dell'ingresso dei batteri azotofissatori nelle cellule radicali delle leguminose. Ciò costituisce la base della capacità delle piante di "fertilizzarsi". La scoperta, pubblicata sulla rivista Science, apre nuove prospettive per gli sforzi futuri di trasferire la fissazione naturale dell'azoto a importanti piante coltivate come i pomodori, riducendo così la necessità di fertilizzanti a lungo termine.
Lo scienziato del CIBSS, il Prof. Dr. Thomas Ott.
Michael Spiegelhalter / Universität Freiburg
La maggior parte delle piante permette ai microrganismi fungini di entrare nelle loro cellule radicali e di fornire loro carboidrati in cambio di un migliore apporto di nutrienti e acqua. Solo le leguminose, come i piselli, i fagioli e il trifoglio, entrano in una simbiosi aggiuntiva e reciprocamente vantaggiosa con i batteri del suolo che fissano l'azoto. L'alleanza con le cosiddette rizobie consente loro di fornire dall'aria l'azoto di cui hanno bisogno per la loro crescita.
Nell'ambito del progetto Enabling Nutrient Symbiosis in Agriculture (ENSA), finanziato dall'organizzazione Gates Agricultural Innovations, un team di ricercatori guidati dal Prof. Dott. Thomas Ott, professore di biologia cellulare della pianta presso la Facoltà di Biologia e membro del Cluster of Excellence CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies, è riuscito a dimostrare per la prima volta che SYFO2, una proteina poco studiata che si trova nelle radici delle leguminose e di altre piante, svolge un ruolo chiave nell'"autofecondazione" delle leguminose, in quanto consente ai rizobi di entrare nelle cellule radicali. Non appena i batteri vengono intrappolati dai peli radicali delle piante, SYFO2 avvia la riorganizzazione del citoscheletro di actina, il passaggio chiave per consentire ai batteri di entrare nelle cellule radicali e infettarle dall'interno. In seguito all'infezione, si formano piccoli nodi lungo le radici della pianta, dove le rizobie fissano l'azoto dall'aria e lo rendono disponibile alla pianta.
Il team internazionale è riuscito a dimostrare questo processo utilizzando una combinazione di metodi di imaging, biologia molecolare e genetica. Inoltre, gli scienziati sono riusciti ad attivare la versione di SYFO2 propria del pomodoro introducendo un fattore regolatore della simbiosi del nodo radicale con i batteri fissatori di azoto, il fattore di trascrizione NIN.
Lo studio, intitolato "Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants", migliora la nostra comprensione di come i geni legati alla simbiosi del pomodoro possano essere controllati. Questo risultato pone le basi per gli sforzi futuri volti a migliorare le interazioni benefiche tra piante e rizobi e a trasferire le capacità di fissazione dell'azoto alle piante coltivate, con l'obiettivo a lungo termine di ridurre la necessità di fertilizzanti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science.
Identificati i fondamenti di un processo chiave
La maggior parte delle leguminose ha sviluppato meccanismi sofisticati per consentire l'ingresso cellulare dei batteri simbionti", spiega Ott. In questo studio abbiamo identificato le basi molecolari di un processo chiave in cui la pianta passa dal "catturare i batteri" ad "aprire loro la porta"". Lo studio ha ricevuto un ulteriore supporto dal ricercatore del CIBSS, il Prof. Dr. Robert Grosse, direttore dell'Istituto di Farmacologia Sperimentale e Clinica e Tossicologia della Facoltà di Medicina.
Inoltre, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che SYFO2 è necessario in alcune piante che non entrano in simbiosi con batteri azotofissatori per l'avvio del tipo di simbiosi più comune ed evolutivamente più antico: la simbiosi micorrizica tra piante e funghi. In questo contesto e alla luce del successo dell'attivazione della proteina nelle piante di pomodoro, Ott riassume: Questo risultato è particolarmente interessante, perché dimostra che i geni normalmente coinvolti nella simbiosi micorrizica possono essere reindirizzati per aiutare a progettare la simbiosi batterica azotofissatrice nelle piante".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Lijin Qiao, Heng Sun, Jiping Tang, Casandra Hernández-Reyes, Beatrice Lace, Julian Knerr, Eija Schulze, Tak Lee, Jean Keller, Cyril Libourel, Jilin Yao, Feiyang Zhao, Ying Ni, Yutian Jia, Xia Xu, Guanghui Yang, Lin Zhang, Yanli Zhang, Robert Grosse, Changfu Tian, Giles E. D. Oldroyd, Pierre-Marc Delaux, Thomas Ott, Pengbo Liang; "Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants"; Science, Volume 391
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