L'approccio ha rivelato nuovi componenti conservati di un meccanismo di difesa contro gli inibitori del citoscheletro. a, LatB interferisce con la polimerizzazione dell'actina. b, i microrganismi del suolo dispiegano (frecce) inibitori dell'actina (cerchi blu) per un vantaggio competitivo nel loro ambiente. c, Chlamydomonas risponde all'inibizione dell'actina degradando la sua actina convenzionale, IDA5, e sovraregolando un'actina alternativa, NAP1. d, La crescita di nuovi mutanti lat identificati in questo studio (lat5-1, lat6-1 e lat7-2) è stata confrontata con i mutanti lat1-5, lat2-1, lat3-1 e nap1-1 precedentemente isolati 66 in assenza (controllo) e presenza (LatB) di 3 µM LatB. e, Immunoblot di actine convenzionali (IDA5) e alternative (NAP1) mostra che lat5-1, lat6-1 e lat7-2 sono carenti nella degradazione dell'actina. Immunoblot rappresentativo di n = 3 esperimenti indipendenti. f, La via dell'omeostasi F-actina è conservata tra alghe verdi e piante. I mutanti nei geni di Arabidopsis omologhi a Chlamydomonas lat3, lat5 e lat6 sono sensibili a LatB, come evidenziato dalla ridotta lunghezza della radice. g, Quantificazione della lunghezza della radice nei mutanti di Arabidopsis. Gli asterischi contrassegnano cambiamenti significativi rispetto al tipo selvaggio nella stessa condizione sulla base dell'analisi della varianza a due vie. Il valore esatto di P = 2,4 × 10 –47 (Ler contro lat3), P = 1,4 × 10 –6 2 (Col-0 contro lat5), P = 6,8 × 10 –23 (Col-0 contro lat6). n = 26 radici esaminate in tre esperimenti indipendenti. Credito:Genetica della natura (2022). DOI:10.1038/s41588-022-01052-9
Un team guidato da biologi vegetali Carnegie attuali ed ex ha intrapreso il più grande studio genomico mai funzionale di un organismo fotosintetico. Il loro lavoro, pubblicato su Nature Genetics , potrebbe ispirare strategie per migliorare le rese agricole e mitigare i cambiamenti climatici.
La fotosintesi è il processo biochimico mediante il quale piante, alghe e alcuni batteri sono in grado di convertire l'energia solare in energia chimica sotto forma di carboidrati.
"È la base su cui la vita come la conosciamo può esistere", ha affermato Arthur Grossman di Carnegie, coautore del documento. "Rende la nostra atmosfera ricca di ossigeno mentre cattura una percentuale dei gas serra che causano il cambiamento climatico, principalmente CO2 , che vengono sputati nell'atmosfera dall'attività umana, ed è il pilastro del nostro approvvigionamento alimentare."
Eppure, nonostante la sua importanza fondamentale, molti dei geni associati alla fotosintesi rimangono non caratterizzati. Fortunatamente, le alghe rappresentano un veicolo accessibile per chiarire le informazioni genetiche alla base di questo processo vitale.
Un catalogo di mutanti dell'alga verde fotosintetica unicellulare Chlamydomonas reinhardtii, avviato da Martin Jonikas dell'Università di Princeton durante il suo incarico come collaboratore dello staff di Carnegie, ha consentito a un team collaborativo di scienziati delle piante di iniziare a comprendere le funzioni di migliaia di geni presenti negli organismi fotosintetici.
Chlamydomonas rappresenta un gruppo di alghe fotosintetiche che si trovano in tutto il mondo in acqua dolce e salata, terreni umidi e persino sulla superficie della neve. Crescono prontamente in laboratorio, anche al buio se vengono fornite le giuste sostanze nutritive. Ciò rende Chlamydomonas un eccellente strumento di ricerca per i biologi vegetali, in particolare per coloro che sono interessati alla genetica dell'apparato fotosintetico, nonché a molti altri aspetti della biochimica vegetale, come le risposte alla luce e allo stress.
"Abbiamo iniziato con una raccolta di 58.000 mutanti di Chlamydomonas e li abbiamo esposti a una grande varietà di condizioni e fattori di stress chimici", ha spiegato Jonikas. "Quantificare la crescita di un individuo mutante ci ha permesso di vedere quali geni contribuiscono al successo in ciascun ambiente e di iniziare a collegare molti di questi geni ai tratti adattivi."
Questo studio ha rappresentato il 78% dei geni Chlamydomonas, quasi 14.000, fornendo un quadro per stabilire la priorità di quali geni sono buoni candidati per ulteriori ricerche e consentendo agli scienziati di iniziare a ipotizzare le possibili funzioni di geni poco conosciuti negli organismi fotosintetici.
"Prevediamo che il nostro lavoro guiderà la caratterizzazione funzionale dei geni attraverso l'albero della vita", ha affermato Grossman.
"Siamo molto felici di vedere come le risorse generate dagli scienziati di Carnegie stiano abilitando la comunità di ricerca e facendo avanzare il campo su una scala così ampia", ha aggiunto Zhiyong Wang, direttore ad interim del Dipartimento di biologia vegetale di Carnegie.
Le conoscenze raccolte da questa ricerca potrebbero essere alla base di strategie per migliorare le rese di importanti colture alimentari e di biocarburanti in un mondo in fase di riscaldamento, nonché programmi per catturare e immagazzinare l'inquinamento da carbonio nell'atmosfera.
