Identificati i geni per la resistenza alle basse temperature e allo stress salino

Le proteine dello shock da freddo sono una classe di proteine inducibili dal freddo e ampiamente distribuite nelle piante monocotiledoni e dicotiledoni. Le proteine dello shock da freddo, inizialmente identificate nei batteri, sono tra le proteine più evolutivamente conservate nelle piante superiori e negli animali.

Le sequenze del DNA genomico delle famiglie di proteine da shock freddo delle piante consistono tipicamente in due o quattro geni. Queste proteine sono coinvolte in diversi processi nelle piante, come lo sviluppo dell'embrione, la germinazione dei semi, la fioritura e lo sviluppo dei frutti.

In diverse specie vegetali, come il grano, l'Arabidopsis, il riso e le pere, le proteine dello shock da freddo sono responsabili della crescita, dello sviluppo e della risposta agli stress abiotici.

Tuttavia, l'identificazione a livello genomico e le funzioni regolatorie delle proteine da shock da freddo in ciliegio non sono ancora del tutto note ed inoltre è indispensabile migliorare la tolleranza alla salinità e alle basse temperature in ciliegio. Per identificare e caratterizzare le proteine dello shock da freddo nei genomi delle ciliegie, sono state applicate tre metodologie.

Le potenziali funzioni e le relazioni evolutive delle proteine da shock termico del ciliegio dolce sono state studiate attraverso la costruzione di un albero filogenetico che includeva geni di cinque specie. L'analisi dell'esame dei modelli di espressione genica in risposta a stress salino e da bassa temperatura è stata condotta per studiare le risposte agli stress abiotici.

In questa ricerca condotta dall’Università di Ludong e l’Accademia delle Scienze Agricole di Yantai (Cina) sono stati identificati e analizzati in modo completo tre geni che regolano la sintesi delle proteine da shock da freddo e denominati PavCSP. L'analisi quantitativa con PCR ha rivelato una varietà di modelli di espressione, con PavCSP1-3 che mostrano un'attività specifica nella parte superiore del fusto.

Inoltre, tutti i geni sono risultati reattivi allo stress salino e alle basse temperature. Un’ulteriore ricerca in laboratorio su lieviti transgenici contenenti PavCSP1, PavCSP3 o un vettore vuoto ha mostrato che i microorganismi sono cresciuti uniformemente in condizioni di coltura standard ma quelli che hanno sovraespresso PavCSP1 o PavCSP3 hanno mostrato una crescita superiore rispetto ai lieviti di controllo quando sono stati esposti a 500 mM di NaCl o a basse temperature (4 °C e 0 °C) in un piatto di coltura diluito 10.000 volte.

Questi risultati indicano che PavCSP1 e PavCSP3 hanno migliorato la tolleranza del lievito transgenico a condizioni di stress salino e a basse temperature. Questa ricerca ha identificato e condotto un'analisi completa di tre geni legati alle proteine da shock da freddo nel genoma del ciliegio dolce, tutti membri di un'unica sottofamiglia.

L'analisi dei pattern di espressione ha dimostrato modelli di espressione coerenti tra tutti i geni PavCSP, con risposte allo stress salino e da freddo osservate sia attraverso l'up-regulation che la down-regulation. Inoltre, il lievito transgenico ha mostrato una migliore tolleranza alle basse temperature e allo stress salino come risultato dell'espressione eterologa di PavCSP1 e PavCSP3.

Queste scoperte forniscono preziose indicazioni sulle funzioni biologiche dei geni legati alla sintesi di proteine da shock termico nelle ciliegie dolci.

Fonte: Guo, P., Liu, A., Qi, Y. et al. Genome-wide identification of cold shock proteins (CSPs) in sweet cherry (Prunus avium L.) and exploring the differential responses of PavCSP1 and PavCSP3 to low temperature and salt stress. Genes Genom 46, 1023–1036 (2024). https://doi.org/10.1007/s13258-024-01542-6. 
Immagine: RSI

Melissa Venturi
Università di Bologna (IT)

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