Identificati centinaia di nuovi punti di scambio di informazioni. La maggior parte delle proteine funziona in più percorsi di segnalazione
Le piante si ascoltano per sopravvivere: svelato come elaborano le informazioni
Uno studio che potrebbe aprire nuove strategie per lo sviluppo biotecnologico o la coltivazione di piante per affrontare le sfide dei cambiamenti climatici in agricoltura
[3 Luglio 2020]
Lo studio “Extensive signal integration by the phytohormone protein network”, pubblicato su Nature da un team di ricercatori tedeschi e britannici guidati dall’Helmholtz Zentrum München e dalla Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) ha mappato hanno mappato la rete di segnalazione nelle piante e ha scoperto nuove cose su come le piante elaborano le informazioni sull’ambiente in cui vivono. Gli scienziati sono convinti che «Questo fornisce nuovo potenziale alle strategie per proteggere le colture e aiutarle a prosperare in un periodo di crescente siccità».
I ricercatori dell’Helmholtz Zentrum München spiegano che «Le piante devono integrare costantemente informazioni sulla disponibilità di acqua e sostanze nutritive o sulla presenza di agenti patogeni, per produrre frutti e semi per la riproduzione, fortemente utilizzati per il consumo umano. Data la crescente minaccia della siccità e le esigenze di protezione sostenibile delle piante, è importante comprendere meglio i meccanismi molecolari alla base dell’elaborazione delle informazioni delle piante. Finora, diversi ormoni vegetali erano noti per innescare percorsi di segnalazione molecolare che si traducono in fasi dello sviluppo come la maturazione dei frutti o la risposta alla siccità. Mentre i percorsi di segnalazione sono ben studiati, è rimasto un enigma il modo in cui funziona esattamente lo scambio di informazioni tra di loro».
Utilizzando una next-gen robotics pipeline insieme ai più recenti metodi bioinformatici i ricercatori hanno testato sperimentalmente oltre 17 milioni di coppie di proteine per capire le interazioni fisiche e hanno tracciato la rete di proteine molecolari delle piante. E’ cos’ che sono riusciti a osservare una rete di oltre 2.000 interazioni proteiche che poi è stata analizzata grazie ad approcci matematici bioinformatici, statistiche e teoria dei grafi per trovare i percorsi di segnalazione e i potenziali punti di scambio di informazioni. In questo modo i ricercatori hanno identificato centinaia di questi punti che prima non erano noti.
Successivamente, usando i test genetici, gli scienziati tedeschi hanno potuto dimostrare che «Tutti i punti di scambio di informazioni testati per le proteine che si pensava funzionassero in percorsi di segnalazione singoli, infatti, organizzano la comunicazione tra percorsi diversi».
La principale autrice dello studio, Melina Altmann dell’Institute of Network Biology (INET) dell’Helmholtz Zentrum München, evidenzia che «Questa è stata una delle nuove intuizioni più sorprendenti di questo studio: la maggior parte delle proteine funzionano in molteplici percorsi di segnalazione. Inoltre, in contrasto con le analisi a singolo gene, i nostri risultati hanno rivelato l’alto grado in cui diversi percorsi sono fisicamente e funzionalmente intrecciati. Riteniamo che questo sia un principio fondamentale e dobbiamo prestarvi maggiore attenzione»
Pascal Falter-Braun, direttore dell’Instituts für Netzwerkbiologie und Lehrstuhlinhaber e professore alla LMU, conclude: «Questa intuizione potrebbe aprire nuove strategie per lo sviluppo biotecnologico o la coltivazione di piante per affrontare le sfide dei cambiamenti climatici in agricoltura. Potremmo essere in grado di reindirizzare le informazioni nelle colture in modo tale che le piante richiedano meno fertilizzanti o pesticidi o siano più resistenti alla siccità».