In uno studio pubblicato su Nature Communications , i ricercatori hanno decifrato il meccanismo molecolare che regola i movimenti ritmici degli stomi durante il giorno.

Gli stomi sono costituiti da due cellule di guardia (GC) accoppiate e dal poro tra di loro, la cui dimensione dipende dal rigonfiamento o dal restringimento delle cellule, aumentando o diminuendo quindi l'apertura stomatica. Le aperture stomatiche ottimali sono determinate dall'integrazione di diversi fattori ambientali e interni.

In generale, la chiusura avviene al buio e sotto stress idrico in risposta all'ormone dello stress ABA (acido abscissico) per prevenire la perdita d'acqua, mentre la luce induce l'apertura degli stomi per consentire il passaggio di CO₂ assorbimento e O₂ rilascio durante il giorno.

Per comprendere appieno i meccanismi che controllano i movimenti stomatici, i ricercatori del Centro di ricerca in genomica agricola guidati da Elena Monte hanno studiato la pianta modello Arabidopsis thaliana in periodi di luce e buio controllati per monitorare l'apertura degli stomi e identificare le proteine ​​e i geni coinvolti, utilizzando metodi di biologia molecolare così come analisi bioinformatiche.

I ricercatori hanno scoperto che una famiglia di proteine ​​chiamate PIF (fattori di interazione del fitocromo) si accumula alla fine del periodo notturno e che questo è un passaggio cruciale per indurre l'apertura degli stomi al mattino.

I PIF sono fattori di trascrizione che controllano l'espressione di determinati geni e, in questo caso, i ricercatori hanno determinato che l'accumulo di PIF innesca l'espressione del gene KAT1, un potassio specifico delle cellule di guardia (K ⁺ ) canale che controlla la quantità di ioni e, quindi, la quantità di acqua che entra in queste cellule. Al mattino, la presenza di luce attiva la proteina KAT1, innescando l'assunzione di ioni potassio e il rigonfiamento delle cellule di guardia, provocando quindi l'apertura degli stomi.

Nil Veciana e Arnau Rovira, co-autori del lavoro, sottolineano l'importanza dei risultati in un allestimento sperimentale "senza restrizioni idriche e, quindi, livelli di ABA endogeni", condizioni in cui vi è un'apertura ritmica degli stomi e è possibile valutare la risposta normativa ai cicli buio/luce.

In realtà, questa interazione tra la funzione PIF e la segnalazione endogena ABA nelle cellule di guardia è fondamentale per la regolazione dinamica degli stomi. Durante la notte, l'ABA endogeno è necessario per mantenere chiusi gli stomi, mentre al mattino è necessaria una riduzione dell'ABA per l'apertura degli stomi indotta dalla luce e regolata dal PIF.

Sebbene si sapesse che gli stomi hanno movimenti ritmici e le proteine ​​responsabili dell'apertura-chiusura erano già note, questa è la prima volta che è stato chiarito l'esatto meccanismo trascrizionale che regola l'apertura degli stomi durante il giorno e la notte. Inoltre, l'identificazione di PIF e KAT1 come attori essenziali in questo regolamento apre la possibilità a nuove strade di ricerca e possibili approcci biotecnologici.

Comprendere come il ciclo luce/buio regola l'apertura stomatica potrebbe essere utilizzato per identificare obiettivi per ottimizzare la resa delle piante e l'adattamento delle piante a diversi fattori di stress, ad esempio in un ambiente con restrizione idrica e in condizioni di siccità.

Ulteriori informazioni: Arnau Rovira et al, I regolatori trascrizionali PIF sono necessari per i movimenti stomatici ritmici, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48669-4

Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura

Fornito dal Centro di ricerca sulla genomica agricola (CRAG)