In uno studio pubblicato su Cell il 22 maggio, i ricercatori guidati dal Prof. Li Chuanyou dell’Istituto di genetica e biologia dello sviluppo (IGDB) dell’Accademia cinese delle scienze riferiscono di aver scoperto che il FATTORE DI RIGENERAZIONE 1 (REF1) è il principale segnale della ferita locale che stimola le risposte rigenerative delle piante. Questa scoperta suggerisce un metodo conveniente per migliorare l'efficienza di trasformazione delle colture difficili da trasformare aumentando la loro capacità di rigenerazione.
Rispetto alle loro controparti animali, le piante subiscono lesioni più frequentemente e hanno sviluppato una straordinaria capacità di affrontarle. In caso di lesioni, le piante attivano immediatamente risposte di difesa per prevenire l'infezione da agenti patogeni e/o l'attacco di insetti. Parallelamente, le piante attivano la riprogrammazione cellulare per riparare i tessuti danneggiati e rigenerare le parti del corpo perdute.
Mentre i segnali della ferita e le cascate di segnalazione utilizzate dalle piante per attivare le risposte di difesa indotte dalla ferita sono ben compresi, i meccanismi molecolari alla base delle risposte rigenerative indotte dalla ferita rimangono oscuri.
Sebbene la ferita sia essenziale per avviare vari tipi di rigenerazione degli organi, la natura biochimica dei presunti segnali locali della ferita che governano questo processo è rimasta un mistero per secoli.
Inoltre, la capacità rigenerativa delle piante in natura varia ampiamente tra specie e genotipi, il che rappresenta uno dei maggiori ostacoli alla piena realizzazione del potenziale delle tecnologie di trasformazione genetica e di modifica del genoma per la selezione delle colture. Pertanto, tra le 125 importanti domande senza risposta elencate dalla rivista Science , "Cosa controlla la rigenerazione degli organi?" è stata selezionata come una delle 25 domande principali.
Considerando che la rigenerazione e la difesa sono aspetti interconnessi delle risposte alle ferite delle piante, è ragionevole ipotizzare che i mutanti del pomodoro difettosi nel presunto segnale di rigenerazione mostrerebbero sia una capacità di rigenerazione compromessa che risposte di difesa compromesse.
Sulla base di questo principio, i ricercatori hanno identificato un mutante spr9 che è difettoso sia nelle risposte di difesa indotte dalla ferita che nelle risposte rigenerative. spr9 influenza principalmente le risposte di difesa locale e abolisce la capacità di formazione del callo indotta dalla ferita e di rigenerazione dei germogli, suggerendo che il gene SPR9 svolge un duplice ruolo nella regolazione della difesa locale indotta dalla ferita e della rigenerazione degli organi.
Studi di clonazione genetica hanno rivelato che il gene SPR9 codifica per un precursore di un peptide. L'esaurimento di SPR9 ha abolito la capacità rigenerativa dei pomodori e la sovraespressione di SPR9 ha portato a una maggiore capacità rigenerativa.
Inoltre, l’applicazione del suo prodotto peptidico ha aumentato notevolmente la capacità di rigenerazione. Pertanto, questo peptide è stato designato come REGENERATION FACTOR1 o REF1.
Ulteriori studi hanno dimostrato che REF1 è percepito dal recettore PORK1. Quando le cellule vegetali vengono danneggiate, REF1 lega il suo recettore PORK1 per attivare WIND1, un regolatore principale della riprogrammazione cellulare indotta dalla ferita, avviando così risposte rigenerative.
Nel frattempo, WIND1 attivato si lega al promotore del gene precursore REF1 per attivarne l'espressione, amplificando così la segnalazione REF1 per la riparazione dei tessuti e la rigenerazione degli organi. Pertanto, REF1 agisce come una fitocitochina per orchestrare la rigenerazione degli organi indotta dalla ferita.
Poiché REF1 e il suo recettore sono altamente conservati sia nelle piante dicotiledoni che in quelle monocotiledoni, il miglioramento della capacità di rigenerazione indotto da REF1 è un meccanismo diffuso. L'applicazione di REF1 ha migliorato notevolmente l'efficienza di trasformazione in diverse colture difficili da trasformare, tra cui soia, grano e mais.
La scoperta di REF1 non solo risponde all'annosa domanda su come le piante avviano la rigenerazione degli organi, ma fornisce anche un metodo conveniente e universale per aumentare l'efficienza di trasformazione delle colture in modo indipendente dalla specie e/o dal genotipo.
Ulteriori informazioni: Wentao Yang et al, Il Peptide REF1 è un segnale locale della ferita che promuove la rigenerazione della pianta, Cell (2024). DOI:10.1016/j.cell.2024.04.040
Informazioni sul giornale: Scienza , Cella
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
