Come la stessa specie vegetale può programmarsi per fiorire in momenti diversi in climi diversi

L’Arabidopsis thaliana potrebbe insegnarci a come adattare le specie agricole al clima che cambia

[31 Agosto 2021]

Lo studio “Quantitative Modulation of Polycomb Silencing Underlies Natural Variation in Vernalization”, pubblicato su Science da un team del John Innes Centre hanno scoperto «La base genetica per le variazioni nella risposta alla vernalizzazione mostrata dalle piante che crescono in climi molto diversi, collegando i meccanismi epigenetici al cambiamento evolutivo».

I ricercatori guidati da Caroline Dean spiegano che «La vernalizzazione è un periodo di freddo prolungato che alcune piante richiedono prima di fiorire. Ciò garantisce che producano fiori solo dopo che è passato il freddo dannoso dell’inverno. La pianta deve avere un modo per “ricordare” quanto freddo ha sopportato e nel 2011 i ricercatori hanno scoperto il meccanismo utilizzato dalle piante. Quando è trascorso un tempo sufficiente al freddo, un interruttore epigenetico silenzia un gene repressore della fioritura chiamato FLC. Questi cambiamenti epigenetici vengono poi trasmessi alle cellule figlie durante il resto del ciclo di sviluppo delle piante».

Dato che la durata del freddo invernale che sperimentano varia con la geografia e il clima, le piante diverse hanno requisiti di vernalizzazione diversi.

Il nuovo studio ha scoperto proprio come le diverse piante stabiliscono il livello al quale viene attivato questo interruttore epigenetico.

Il team del John Innes Centre ha esaminato una varietà di Arabidopsis thaliana  della Svezia settentrionale (Lov-1) e l’ha confrontata con la varietà di riferimento “Columbia” che ha bisogno di 4 settimane di freddo per attivare l’interruttore epigenetico. La varietà Lov-1 ha bisogno di 9 settimane di freddo per ottenere lo stesso risultato, una variazione naturale per far fronte agli inverni più lunghi alle latitudini settentrionali.

Hanno così scoperto «Variazioni nella sequenza del genoma dentro e intorno al gene FLC stesso. Una combinazione di 4 differenze genetiche (polimorfismi) tra le due varietà è responsabile della necessità di un periodo di freddo più lungo. I polimorfismi influenzano le modifiche chimiche alle proteine ​​istoniche attorno alle quali è avvolto il DNA. Queste modifiche influenzano l’espressione genica e sono alla base della memoria epigenetica. I 4 polimorfismi influenzano queste modifiche attraverso il gene FLC, quindi questo indica come sono in grado di determinare il punto di commutazione per il silenziamento del gene».

Al John Innes Centre evidenziano che «Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare esattamente come questi polimorfismi contribuiscono alla memoria epigenetica, poiché il meccanismo stesso non è ancora completamente compreso. Questo sistema vegetale modello è ideale per svelare le complessità di questi meccanismi e come si applicano a diversi organismi. Questa ricerca fornisce una spiegazione di come il livello al quale uno stato epigenetico si commuta è determinato in risposta a uno stimolo quantitativo. Questo può essere un meccanismo generale attraverso il quale molti altri organismi si adattano agli ambienti che cambiano».

I ricercatori concludono: «Arabidopsis ha un’ampia distribuzione geografica e adattare in questo modo i suoi requisiti di vernalizzazione potrebbe essere stata la chiave per aiutarla a crescere in climi diversi. Poiché il nostro clima cambia, potremmo essere in grado di imparare dal modo in cui l’Arabidopsis si è adattata per aiutare a produrre nuove varietà di colture».