I ricercatori identificano i geni potenzialmente responsabili della resistenza della canna da zucchero ai parassiti, al freddo e alla siccità. Crediti:Luciana Rossini/IAC, Sugarcane Center, Ribeirão Preto
Uno studio condotto presso l'Università statale di Campinas (UNICAMP) in Brasile ha identificato i geni orfani nella canna da zucchero selvatica (Saccharum spontaneum), una specie con un'eccezionale resistenza agli stress biotici come nematodi, funghi, batteri e altri parassiti e malattie, e agli stress abiotici come freddo, siccità, salinità e suolo carente dal punto di vista nutrizionale.
Secondo un articolo sullo studio pubblicato sulla rivista Frontiers in Plant Science , gli scienziati responsabili si erano proposti di vedere se i geni orfani di S. spontaneum svolgessero un ruolo significativo nelle sue proprietà di resistenza allo stress.
Tutti gli esseri viventi hanno geni che assomigliano molto a quelli dei genomi di altri organismi. Le piante, ad esempio, condividono i geni coinvolti nella fotosintesi. D'altra parte, la maggior parte degli organismi ha anche geni orfani o specifici del lignaggio.
I geni orfani si trovano in un particolare gruppo tassonomico senza una significativa somiglianza di sequenza con i geni di altri lignaggi. A volte sono chiamati geni tassonomicamente limitati per questo motivo.
Gli uccelli, per esempio, hanno alcuni geni che differiscono molto da quelli dei mammiferi. Ricerche recenti hanno dimostrato che anche organismi in specie strettamente imparentate appartenenti allo stesso genere possono avere geni non condivisi da altre specie.
I ricercatori erano interessati allo S. spontaneum a causa di caratteristiche come eventi passati di duplicazione dell'intero genoma che hanno portato a diverse copie dello stesso gene. L'evidenza scientifica suggerisce che i geni orfani possono originarsi in copie di geni preesistenti le cui sequenze cambiano nel tempo a causa di mutazioni e alla fine differiscono completamente dalle sequenze originali.
Un'altra possibile spiegazione per l'origine dei geni orfani potrebbe essere la riorganizzazione delle regioni genomiche che non codificano geni, spesso osservate in organismi con genomi complessi, come la canna da zucchero.
"Nello studio, abbiamo identificato parti del genoma di S. spontaneum che non hanno somiglianze con i geni di nessun altro organismo. Riteniamo che possano essere responsabili di tratti fisiologici o proprietà peculiari della specie", ha affermato Cláudio Benício Cardoso-Silva, primo autore dell'articolo. Ha condotto il progetto come ricercatore post-dottorato presso il Centro UNICAMP di Biologia Molecolare e Ingegneria Genetica (CBMEG).
"Con l'evoluzione di queste piante, alcuni geni sono stati espressi in misura maggiore o minore in risposta a vari tipi di stress abiotici, in particolare il freddo. Ciò può significare che sono regolati a causa di questi stress", ha affermato Cardoso-Silva, il cui post-dottorato la ricerca è stata supervisionata da Anete Pereira de Souza, professoressa di genetica vegetale presso l'Istituto di Biologia dell'UNICAMP e ultima autrice dell'articolo.
I ricercatori non credono di poter concludere categoricamente che i geni orfani che hanno identificato rendano la pianta più resistente allo stress in base ai risultati dello studio. "Ma il fatto che siano regolamentati in condizioni di stress serve da avvertimento sulla possibilità che possano svolgere un ruolo importante in questi processi", ha affermato.
Il prossimo passo sarà sperimentare su piante sottoposte a vari tipi di stress per studiare come si comportano i geni orfani in termini di espressione, rispetto alle piante non stressate. Una volta confermati i migliori geni candidati, è possibile studiare le applicazioni biotecnologiche che prevedono il loro inserimento in piante di valore commerciale, portando in futuro alla possibilità di sviluppare varietà di canna da zucchero più resistenti alle pressioni ambientali.
"Abbiamo puntato i riflettori su questa possibilità per chiunque voglia utilizzare i dati nell'articolo per continuare la ricerca, o per gli scienziati che lavorano con la trasformazione e l'editing genico, che è un campo di ricerca diverso, di scegliere uno o due geni come candidati e fare la convalida", ha affermato Cardoso-Silva, che continua a lavorare con la genomica presso l'Università statale di Rio de Janeiro settentrionale (UENF). "La mia ricerca attuale si concentra sull'aspetto evolutivo dell'espansione della famiglia genetica", ha spiegato.
"Oggi abbiamo CRISPR [la tecnica di editing genetico], che offre ai professionisti delle biotecnologie la possibilità di selezionare i geni per la tolleranza alla siccità, alla salinità, al freddo o al caldo in un momento in cui la resilienza delle colture con un minor numero di input è fondamentale", ha affermato Souza. + Esplora ulteriormente
