Un nuovo lavoro guidato da Zhiyong Wang di Carnegie districa un complesso processo di segnalazione cellulare che sostiene la capacità delle piante di bilanciare il consumo di energia per la crescita e la difesa dagli agenti patogeni. Questi risultati, pubblicati su Nature Plants , mostrano come le piante utilizzano circuiti cellulari complessi per elaborare le informazioni e rispondere alle minacce e alle condizioni ambientali.

"Le piante non hanno cervelli come noi e possono essere fissi sul posto e incapaci di fuggire da predatori o agenti patogeni, ma non dispiacerti per loro, perché hanno sviluppato un'incredibile rete di circuiti di elaborazione delle informazioni che consentono loro di "prendere decisioni" in risposta alle situazioni in cui si trovano", ha spiegato Wang.

Scherzando, ha aggiunto, "una pianta non canterà mai 'If I Only Had a Brain', perché hanno invece sviluppato questa meraviglia del processo decisionale reattivo".

Le piante superiori mettono centinaia di sensori altamente specializzati, chiamati chinasi recettoriali, sulle loro superfici cellulari per monitorare l'ambiente e comunicare tra le cellule. Il laboratorio di Wang sta lavorando per chiarire i circuiti molecolari che collegano questi sensori a specifiche risposte cellulari, come la crescita e l'immunità. Migliorare la nostra comprensione di come le piante prendono le decisioni cellulari può essere alla base di interventi tecnologici per migliorare i raccolti agricoli di fronte a un pianeta in riscaldamento.

In questo lavoro, pubblicato su Nature Plants , il team di Wang ha scoperto che due di questi sensori utilizzano un sistema di diversi tag molecolari che coinvolgono una proteina condivisa tra i rispettivi circuiti di comunicazione. Questa scoperta collega i circuiti di crescita e risposta immunitaria, migliorando la nostra comprensione di come le piante prendono le loro decisioni più importanti.

Quando una pianta avverte una minaccia, deve attivare catene di comunicazione che diano l'allarme e le dicano di combattere l'agente patogeno. Esistono due tipi principali di meccanismi di rilevamento delle minacce nelle cellule vegetali:la capacità di riconoscere modelli chimici distintivi che indicano un invasore, come i componenti di una cellula batterica, e la capacità di riconoscere un'interruzione causata dall'agente patogeno invasore.

Wang e i suoi collaboratori di ricerca, tra cui Chan Ho Park di Carnegie (l'autore principale), Yang Bi, Nicole Xu, Ruben Shrestha e Shouling Xu, insieme a Jung-gun Kim della Stanford University e Mary Beth Mudgett e colleghi della Chung-Ang University, La Hanyang University e la UC San Francisco hanno tracciato il ruolo di un enzima nelle vie di segnalazione biochimica per entrambi i tipi di riconoscimento delle minacce.

Chiamato BSU1, i ricercatori hanno dimostrato che svolge ruoli chiave, ma distinti, in due percorsi:uno che promuove la crescita e l'altro che aumenta il sistema di allarme delle minacce della pianta.

Un percorso coinvolge un recettore per un membro di una classe di ormoni vegetali chiamati brassinosteroidi, che Wang ha studiato a fondo e sono fondamentali per la crescita e lo sviluppo delle piante, la germinazione dei semi e la fertilità. L'altro percorso funziona attraverso i recettori di riconoscimento del pattern specializzati nel rilevamento della coda mobile di un invasore batterico.

Entrambi questi percorsi coinvolgono sensori di superficie cellulare che, quando attivati ​​da segnali esterni, etichettano chimicamente diverse proteine ​​per attivare o disattivare il loro comportamento, trasmettendo informazioni lungo una catena di interazioni.

I ricercatori sono stati sorpresi di scoprire che BSU1 si impegna in due catene di interazione completamente separate. Nella via dei brassinosteroidi, la BSU1 è coinvolta nelle funzioni di crescita e sviluppo dell'ormone. Nel percorso di riconoscimento del pattern, BSU1 è coinvolta nell'attivazione dell'immunità al rilevamento della minaccia. BSU1 traduce i codici dai diversi sensori utilizzando diversi segmenti della sua struttura per accettare il tag chimico, con ogni posizione che rappresenta un messaggio diverso.

Presi insieme, questi risultati dimostrano la complessità interconnessa della crescita e della risposta immunitaria. Inoltre, sono una straordinaria rivelazione del modo in cui le piante acquisiscono informazioni, le elaborano attraverso circuiti biochimici che imitano un linguaggio informatico binario e reagiscono alle condizioni ambientali per migliorare le loro possibilità di sopravvivenza.

"Il nostro lavoro dimostra come una proteina come la BSU1 può agire come un chip di computer nell'elaborazione di informazioni complesse", ha concluso Wang. "Mentre ci prepariamo per un mondo in cui il cambiamento climatico aumenta lo stress su importanti colture alimentari e di biocarburanti, è fondamentale capire come le piante rilevano e reagiscono alle minacce esterne".