Come aumentare il calibro dei frutti? Grazie al silenziamento dei geni che ne limitano la crescita

La dimensione del frutto è determinata dagli effetti combinati di segnali ambientali e genetici che inducono modifiche durante lo sviluppo e la crescita del frutto a diversi livelli. Ad esempio, i citocromi P450 (CYP) sono un gruppo di enzimi molto esteso e notevolmente conservato che ha un'importanza sostanziale nella progressione e nella maturazione delle piante, oltre al loro coinvolgimento nelle reazioni di difesa.

Sono coinvolti in varie vie biochimiche che generano metaboliti primari e secondari. Gli enzimi CYP450, in particolare quelli appartenenti alla famiglia di geni CYP78A specifici delle piante, sono stati identificati come regolatori chiave delle dimensioni dei semi e dei frutti nell'Arabidopsis e in altre piante coltivate.

Numerosi studi hanno evidenziato una funzione conservata del KLUH nella regolazione delle dimensioni degli organi in diverse specie. Tuttavia, c'è ancora una quantità significativa di conoscenze da acquisire riguardo al meccanismo molecolare attraverso il quale KLUH regola le dimensioni dei frutti.

Diverse specie vegetali si affidano fortemente a KLUH/CYP78A5 per regolare le dimensioni dei semi/frutti; tuttavia, la maggior parte del suo meccanismo molecolare rimane sconosciuto. Inoltre, il gene o i geni chiave che regolano le dimensioni dei frutti di ciliegio dolce sono ancora in gran parte sconosciuti.

La comprensione dei meccanismi molecolari che regolano le dimensioni dei frutti e la caratterizzazione funzionale dei geni associati alle dimensioni dei frutti sono quindi vantaggiose per il breeding, che ha l’obiettivo di sviluppare nuove varietà di ciliegie di alto valore.

Nel presente studio i ricercatori dell'Accademia Cinese di Scienze Agrarie di Zhengzhou hanno caratterizzato la funzione di PavKLUH nella regolazione delle dimensioni dei frutti di ciliegio utilizzando il silenziamento genico indotto da virus (virus-induced gene silencing, VIGS).

Nei frutti in cui PavKLUH è stato silenziato, si è riscontrata una diminuzione del calibro del frutto, dovuto ad una minore distensione delle cellule del mesocarpo. Identificando un nuovo gene che codifica per PavKLUH, è stato selezionato PavRAV2, un fattore di trascrizione in grado di interagire fisicamente con il promotore di PavKLUH.

I risultati di questo studio indicano che la dimensione dei frutti di ciliegio dolce è influenzata negativamente dal repressore trascrizionale PavRAV2. Ciò avviene attraverso la soppressione diretta dell'espressione di PavKLUH. Quando è stato silenziato PavRAV2 sono state osservate correlazioni positive tra l'espansione delle cellule del mesocarpo e i livelli di trascrizione di PavKLUH durante l'ingrossamento dei frutti di ciliegio.

A differenza della funzione promotrice esibita dai suoi omologhi in altre colture, tra cui Arabidopsis, grano e pomodoro, questa funzione è restrittiva. Di conseguenza, potrebbero esistere variazioni nella funzione di KLUH tra le specie. I risultati di questo studio illuminano i processi genetici e molecolari attraverso i quali un membro della famiglia CYP78A è regolato direttamente da un fattore di trascrizione RAV, influenzando così la crescita e lo sviluppo dei frutti di ciliegio dolce.

La comprensione della complessa cascata/rete di regolazione trascrizionale che governa le dimensioni dei frutti è stata rafforzata da questi risultati, che hanno anche identificato potenziali bersagli per la modifica genetica e la selezione al fine di sviluppare nuove cultivar di colture orticole che producono frutti più grandi.

Fonte: Sweet cherry AP2/ERF transcription factor, PavRAV2, negatively modulates fruit size by directly repressing PavKLUH expression - Qi - 2023 - Physiologia Plantarum, 175, 6 - Wiley Online Library, https://doi.org/10.1111/ppl.14065.

Melissa Venturi
Università di Bologna (IT)

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