Roma – Un gene ampiamente presente nelle piante è stato recentemente identificato come un trasportatore chiave di un ormone che influenza le dimensioni del mais. La scoperta offre ai coltivatori di piante un nuovo strumento per sviluppare varietà nane desiderabili che potrebbero migliorare la resilienza e la redditività del raccolto.
Un team di scienziati guidato dalla Iowa State University ha lavorato per anni per individuare le funzioni del gene ZmPILS6. Ora, sono stati in grado di caratterizzarlo come un importante fattore determinante per le dimensioni e l’architettura delle piante, un vettore per un ormone auxina che aiuta a governare la crescita delle radici sotto terra e dei germogli, o steli, fuori terra. I loro risultati sono stati pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences ( PNAS ) questa settimana.
“Un segno distintivo dell’attuale era della scienza è che disponiamo di tutti questi dati genomici di alta qualità, sia per il mais che per gli esseri umani o altri organismi, e ora abbiamo il compito di capire cosa fanno effettivamente i geni”, ha affermato Dior Kelley, professore assistente di genetica, sviluppo e biologia cellulare presso l’Iowa State, che ha guidato il gruppo di ricerca.
Il gruppo ha utilizzato lo “screening genetico inverso” (dal gene ai tratti espressi nella pianta), combinato con altre tecniche, mentre monitoravano il ruolo del loro gene nello sviluppo del mais. Gli schermi inversi richiedono più stagioni di crescita e non sempre funzionano, secondo Kelley. Il suo gruppo ha impiegato sette anni per caratterizzare a fondo ZmPILS6 e verificare che regola la crescita delle piante.
Quando veniva “eliminata” una pianta modificata e mutante, la sua assenza sopprimeva la formazione laterale delle radici e l’altezza della pianta. La ricerca ha portato a un brevetto provvisorio per il suo potenziale da utilizzare nei programmi di selezione per creare mais di bassa statura che sia ancora altamente produttivo.
“Penso a questo come al mais ‘folletto'”, ha detto Kelley. “C’è molto interesse per tutti i tipi di ragioni, incluso il ridotto uso di acqua e sostanze nutritive e la sua capacità di resistere ai venti forti”.
Mentre studiavano ZmPILS6 nel mais, i ricercatori hanno fatto un’altra scoperta curiosa: il gene sembrava avere effetti opposti sulla crescita delle piante rispetto a un gene comparabile presente nell’Arabidopsis , una pianta spesso utilizzata come modello per la ricerca.
“Questo è stato davvero inaspettato”, ha detto Kelley. “Ciò dimostra che le proteine vegetali, che si sono evolute in contesti diversi, possono comportarsi diversamente. Sottolinea la necessità di studiare i geni direttamente all’interno delle principali colture di interesse, piuttosto che pensare di comprenderli in base a come funzionano in altre piante”.
Kelley attribuisce gran parte del merito del successo del progetto a un “grande team di collaboratori”, in particolare Craig Cowling, uno studente di dottorato nel laboratorio di Kelley e il primo autore dell’articolo PNAS . “Craig è stato l’unico a scavare davvero, per confermare che questo gene trasporta l’ormone vegetale auxina e controlla assolutamente le dimensioni del mais.”
“Questo progetto e l’essere riconosciuto come primo autore di un articolo su questa importante rivista è stato un po’ incredibile”, ha detto Cowling. “È stato un lungo viaggio per me. Non avrei mai pensato di andare al college quando ero al liceo a Des Moines, quindi sono entrato nel ROTC e poi nei Marines, dove ho lavorato in giro per il mondo come specialista in tecnologia. Quando sono uscito, volevo fare qualcosa di diverso. Grazie ad alcuni bravi mentori, ho capito che amo lavorare e comprendere le piante.
Kelley definisce la nuova ricerca ricerca di base “fondamentale” per comprendere un gene che influisce su numerosi e complessi tratti di crescita, che l’evoluzione ha conservato attraverso molte piante, dalle alghe al mais. “È anche ‘traslazionale’, nel senso che si collega a risorse genetiche che possono essere utilizzate per migliorare i programmi di allevamento”, ha affermato. “Ciò apre domande e aspetti di ricerca completamente nuovi per il mio laboratorio”.
Gli altri coautori dell’articolo PNAS :
Jodi B. Callwood, studentessa laureata presso il Dipartimento di genetica, sviluppo e biologia cellulare dello Stato dell’Iowa;
Maxwell R. McReynolds, ex studente laureato dell’Iowa State che ora lavora in un’azienda privata;
Melissa Draves e Jasper Kohr, ex studenti universitari dello Iowa State che ora frequentano la scuola di specializzazione altrove;
Justin Walley, assistente professore presso il Dipartimento di patologia vegetale, entomologia e microbiologia dell’Iowa State;
Arielle L. Homayouni e Lucia C. Strader, alla Duke University; E
Haiyan Ke e Katayoon Dehesh, presso l’Università della California Riverside.
Questo progetto è stato sostenuto da una sovvenzione competitiva dell’Iniziativa per l’agricoltura e la ricerca alimentare attraverso l’Istituto nazionale per l’alimentazione e l’agricoltura dell’USDA e da un finanziamento iniziale dell’USDA Hatch da parte del College of Agriculture and Life Sciences dell’Iowa State University. (30Science.com)
