Quando si sviluppa un organismo pluricellulare, ogni cella ha bisogno di conoscere il suo posto in relazione a tutte le altre celle. Ciò significa che le cellule devono comunicare tra loro per creare i modelli da cui derivano diversi tipi di tessuti e cellule. Nel caso degli animali, conosciamo i segnali e i meccanismi che guidano questi processi di patterning.

Con le piante è diverso, perché le piante pluricellulari si sono evolute indipendentemente dagli animali pluricellulari. La professoressa Marja Timmermans del Center for Plant Molecular Biology di Tubinga ha lavorato con i colleghi dei Cold Spring Harbor Laboratories di New York per scoprire che la comunicazione cellulare durante il patterning nelle piante avviene tramite un meccanismo unico e intricato. Le piante usano "piccoli RNA" come segnali mobili. I piccoli RNA erano precedentemente noti per il loro ruolo nei meccanismi di difesa contro erbivori o agenti patogeni, ma come il nuovo studio mostra anche alla base del fatto che le cellule della foglia assumono la corretta identità nello spazio e nel tempo. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati nell'ultimo numero di Cellula dello sviluppo .

"La ricerca sulla formazione dei pattern negli organismi ha una ricca storia a Tubinga, " fa notare Marja Timmermans. All'inizio degli anni Settanta, Professori Hans Meinhardt e Alfred Gierer, poi al Max Planck Institute for Virus Research, ha elaborato i principi di base su come il modello può presentarsi in una popolazione di cellule, e la professoressa Christiane Nüsslein-Volhard, Direttore del Max Planck Institute for Developmental Biology, è stata insignita del premio Nobel per il suo lavoro sul controllo genetico del patterning nell'uovo del moscerino della frutta Drosophila nel 1995.

La comunicazione e il patterning negli animali multicellulari avvengono frequentemente tramite segnali mobili, che utilizzano gradienti di concentrazione. A seconda della concentrazione, e spesso su un valore di soglia, cellule specializzate in vari compiti. Questo meccanismo è ora dimostrato che si verifica anche nelle piante, sebbene utilizzino altre sostanze chimiche segnale. A differenza delle cellule animali, le cellule vegetali possono essere collegate tramite ponti al plasma, permettendo ai fattori di regolazione di muoversi attraverso l'intero sistema e contribuendo al patterning.

Marja Timmermans e i suoi colleghi hanno seguito gli indizi che indicano che i piccoli RNA potrebbero essere coinvolti nel patterning delle cellule vegetali. I piccoli RNA sono brevi catene di molecole che si adattano perfettamente a determinate sezioni regolatorie dell'informazione genetica nel DNA o nell'RNA. Sono in grado di attaccarsi lì, impedendo così la lettura di quei particolari geni. I piccoli RNA consentono una regolazione precisa della produzione di proteine ​​e quindi anche dei processi di sviluppo nelle cellule.

Meccanismo ad alte prestazioni per la trasmissione delle informazioni di posizionamento

Utilizzando una pianta modello per la genetica, Arabidopsis o crescione, i ricercatori hanno studiato il ruolo svolto dai piccoli RNA nel posizionamento e nello sviluppo della nuova foglia. Introducendo piccoli RNA artificiali, hanno cambiato la concentrazione di questi elementi coordinanti e hanno osservato come hanno risposto le cellule nella foglia in crescita. "La cosa sorprendente è che i piccoli RNA sono stati in grado di produrre modelli stabili, " dice Timmermans. Come con le sostanze chimiche del segnale mobile negli animali, i piccoli RNA formano un gradiente di concentrazione. "A differenza dei segnali di sviluppo convenzionali, i piccoli RNA operano in modo altamente specifico, e possono intervenire direttamente nell'attività genica."

I piccoli RNA potrebbero quindi regolare l'attività di determinati geni a seconda della loro posizione, senza feedback da altri componenti nel processo. "I piccoli RNA mobili forniscono un meccanismo ad alte prestazioni per trasmettere informazioni sul posizionamento. Possono sviluppare modelli di sviluppo precisi, "Timmermans riassume.