I portinnesti nanizzanti mostrano differenze epigenomiche nella cultivar innestata

L'innesto delle piante con portainnesti nanizzanti è una delle misure colturali più importanti nel settore del ciliegio dolce. Varie ipotesi hanno spiegato le differenze di vigore delle cultivar indotte dai portinnesti nanizzanti, tra cui quella che i portinnesti possano regolare la crescita delle marze influenzando l'apporto di acqua e soluti, la sintesi e il trasporto di ormoni e l'anatomia dell'unione dell'innesto.

A livello molecolare però il meccanismo di azione non è ancora chiaro. Attualmente, un numero crescente di studi ha dimostrato che la metilazione del DNA è coinvolta nelle interazioni tra portainnesto e marza e che l'innesto provoca alterazioni nella metilazione del DNA della marza.

La metilazione del DNA è una modifica epigenetica (ovvero cambiamenti fenotipici) vitale e influenza una varietà di processi fisiologici nelle piante attraverso la regolazione dell'espressione genica. Lo studio condotto all’Università di Guizhou (Cina) ha avuto come obiettivo quello di indagare l'impatto del portinnesto nanizzante "Pd1" (Prunus tomentosa) sui germogli di ciliegio dolce 'Shuguang2'.

Per raggiungere questo obiettivo, sono state condotte osservazioni morfologiche, rilevati i contenuti di gibberelline e auxine utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni, e implementato analisi di integrazione dell'epigenoma e del trascrittoma.

Immagine 1: Crescita e osservazione anatomica dei germogli. (A) Piante innestate allo stadio di ristagno della crescita (195 giorni dopo l'innesto). I cerchi rossi indicano gli apici dei germogli. (B) Osservazione anatomica degli apici dei germogli. SG-Pd1: Ciliegio dolce “Shuguang2” innestato su portainnesto Pd1 (nano); SG-WT: Ciliegio dolce “Shuguang2” innestato su portainnesto wild-type (vigoroso).

La crescita in lunghezza dei germogli dolce è stata fortemente ridotta dal portinnesto nanizzante "Pd1", come indicato dall'analisi anatomica. L’ attività del meristema apicale del germoglio permette la crescita verticale della pianta e quindi anche il suo sviluppo in altezza. Le piante innestate su portainnesto nanizzante hanno mostrato un meristema apicale più piccolo e circondato da squame lignificate.

Inoltre, le cellule nell'area più esterna della gemma erano disposte densamente, suggerendo che la capacità di divisione cellulare del meristema apicale nelle piante su portainnesto nanizzante fosse ridotta.

Il diametro e la lunghezza degli internodi sono i più diretti indicatori di crescita per valutare il grado di vigoria degli alberi. In questa indagine, i dati hanno dimostrato che la vigoria di crescita dei portinnesti di ciliegio dolce è stata significativamente ridotta dai portinnesti nani Pd1. Anche i livelli di gibberelline e auxine sono stati significativamente ridotti dal portinnesto Pd1.

Un numero crescente di studi ha dimostrato che l’innesto induce alterazioni della metilazione del DNA nelle cultivar. In contrasto con i portinnesti di ciliegio dolce innestati su portinnesti di tipo selvatico (vigorosi), il livello complessivo di metilazione genomica dei portinnesti di ciliegio dolce innestati su portinnesti Pd1 (nanizzanti) era più elevato.

Tuttavia, i meccanismi attraverso i quali il portinnesto induce modifiche di metilazione nel portinnesto non sono ancora completamente compresi.

Immagine 2: Analisi della correlazione tra metilazione del DNA ed espressione genica. (A) Analisi del diagramma di Venn dei DEG e dei DMG negli apici dei germogli e nelle foglie. (B) Analisi del diagramma di Venn dei geni sovrapposti negli apici dei germogli e nelle foglie. (C) Distribuzione dei livelli di metilazione all'interno dei geni suddivisi per livelli di espressione: il rango 1 è il più basso e il rango 6 è il più alto. (D) Livelli di espressione differenziale di tutti i geni, geni ipermetilati e geni ipometilati, visualizzati come boxplot. I valori di Wilcoxon p sono indicati con ** (valore p < 0,005). Inoltre, ns indica “non significativo”.

Questa indagine fornisce una mappa del metiloma del genoma della ciliegia dolce, rivela le ampie alterazioni della metilazione del DNA nei portinnesti causate dal portinnesto nanizzante e identifica un numero significativo di geni con alterazioni di metilazione e trascrizione che potrebbero essere coinvolti nei cambiamenti di crescita nei portinnesti di ciliegia dolce indotti dal portinnesto.

I nostri risultati possono servire come una solida base per ulteriori indagini epigenetiche sui portainnesti nanizzanti utilizzati su ciliegio e offrire preziose nuove intuizioni nella comprensione delle interazioni tra portinnesto e marze.

Fonte: Hong, Y.; Wen, Z.; Qiao, G.; Tian, T.; Wen, X. Single-Base Methylome Analysis of Sweet Cherry (Prunus avium L.) on Dwarfing Rootstocks Reveals Epigenomic Differences Associated with Scion Dwarfing Conferred by Grafting. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 11100. https://doi.org/10.3390/ijms252011100.
Immagini: Yi Hong et al., 2024

Melissa Venturi
Università di Bologna (IT)

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