La crescita delle piante è influenzata dagli stress abiotici. Durante i processi vitali, i geni presentano modelli di espressione differenziale con complesse relazioni di regolazione che coordinano la crescita, lo sviluppo e la risposta delle piante agli stress abiotici.
Tra gli stress abiotici, basse temperature durante la fioritura e le prime fasi di sviluppo della ciliegia sono particolarmente pericolose. Le gelate tardive possono compromettere irrimediabilmente la produzione, riducendo la resa e la qualità dei frutti.
Per questo motivo, la ricerca sta cercando di comprendere i meccanismi della resistenza al freddo delle piante e di individuare strategie per migliorarne la resilienza. Un recente studio ha analizzato la famiglia di geni PavHIPP, appartenenti alla famiglia delle proteine HIPP (Heavy metal-associated isoprenylated plant proteins), che potrebbero migliorare la tolleranza delle piante alle basse temperature.
Le proteine HIPP sono già note per il loro ruolo nella regolazione delle risposte agli stress abiotici come il freddo, la siccità e la salinità. Lo studio ha identificato 28 geni PavHIPP in ciliegio dolce, distribuiti su otto cromosomi.
L’analisi dell’espressione di questi geni ha mostrato che alcuni membri della famiglia rispondono al freddo, suggerendo un loro coinvolgimento nella regolazione della tolleranza alle basse temperature.
Tra questi geni, PavHIPP16 si è dimostrato particolarmente interessante. La sua espressione aumenta significativamente in risposta al freddo e, quando sovra-espresso in Arabidopsis thaliana, ha migliorato la resistenza della pianta al gelo.
Le piante transgeniche hanno mostrato differenze nel contenuto di sostanze osmoregolatrici, del contenuto di malonaldeide, delle variazioni di conducibilità relativa, delle attività di perossidasi e superossido dismutasi.
Inoltre, queste piante hanno accumulato più prolina, un amminoacido che aiuta le cellule a mantenere l'equilibrio osmotico e a proteggersi dai danni causati dalle basse temperature. Questi risultati mostrano l’importante ruolo del gene PavHIPP16 nella regolazione delle risposte fisiologiche delle piante alle basse temperature.
Oltre a migliorare la tolleranza alle basse temperature, PavHIPP16 sembra avere un effetto positivo sulla crescita delle radici e sulla velocità di germinazione.
Le piante di Arabidopsis thaliana che sovra-esprimevano questo gene hanno sviluppato radici più lunghe e una maggiore biomassa rispetto alle piante di controllo, suggerendo un ruolo nella regolazione della crescita e dello sviluppo.
Inoltre, le piante transgeniche sono fiorite prima rispetto alle piante controllo, probabilmente grazie all’attivazione di geni (come FT, CO e SOC1), coinvolti nella regolazione del ciclo fiorale. Questo suggerisce che PavHIPP16 potrebbe influenzare non solo la resistenza al freddo ma anche lo sviluppo della pianta in risposta alle condizioni ambientali.
L’identificazione e caratterizzazione dei geni PavHIPP potrebbe aprire la strada al miglioramento genetico volto allo sviluppo di varietà di ciliegio più tolleranti allo stress da freddo.
Inoltre, la capacità di questi geni di migliorare la crescita e la biomassa delle piante potrebbe avere implicazioni più ampie per la coltivazione del ciliegio in ambienti soggetti a condizioni climatiche avverse.
In un contesto di cambiamenti climatici, con inverni imprevedibili e primavere caratterizzate da sbalzi termici improvvisi, varietà più tolleranti potrebbero garantire maggiore stabilità produttiva e qualitativa.
Sarà fondamentale approfondire ulteriormente il ruolo dei geni PavHIPP nelle risposte della pianta agli stress abiotici, valutando la loro interazione con altri geni e percorsi metabolici coinvolti nella tolleranza al freddo.
Solo attraverso un’analisi dettagliata e la comprensione dei meccanismi sarà possibile sfruttare appieno il potenziale di questi geni nel miglioramento genetico per migliorare la produzione.
Fonte: Yu, R., Hou, Q., Deng, H., Xiao, L., Liu, K., Wu, Y., & Qiao, G. (2024). Molecular identification and expression patterns of sweet cherry HIPPs and functional analysis of PavHIPP16 in cold stress. Planta, 260(6), 1-19. https://doi.org/10.1007/s00425-024-04567-z
Fonte immagini: SL Fruit Service
Andrea Giovannini
Università di Bologna
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