Per la prima volta, i ricercatori della UC Riverside hanno determinato come funzionano queste strutture a livello molecolare, nonché dove e come si formano. Queste informazioni sono descritte in due nuove Comunicazioni sulla natura documenti.

Gli scienziati hanno studiato a lungo i compartimenti legati alla membrana, chiamati organelli, nelle cellule vegetali, come l'apparato del Golgi, i mitocondri e, soprattutto, il nucleo, dove il DNA viene copiato e trascritto in RNA.

Tuttavia, si sa molto meno sugli organelli privi di membrana che possono assemblarsi e disassemblarsi dinamicamente all'interno del nucleo, come i corpi foto che aiutano a percepire la luce e la temperatura nelle piante.

"Un tempo, le persone chiamavano questi corpi fotografici 'bidoni della spazzatura', perché non li capivano. Quando le persone non capiscono qualcosa, lo chiamano inutile. Ma non sono affatto inutili", ha detto Meng, professore di botanica dell'UCR. Chen, autore senior di entrambi gli articoli. "Sono una nuova frontiera della scienza."

Parte della sfida nello studio dei fotocorpi, o degli organelli privi di membrana in generale, è che le molecole si muovono dentro e fuori da essi costantemente. Ciò rende difficile distinguere la funzione dei componenti all'interno degli organelli rispetto a quelli esterni. Inoltre, questi corpi fotografici si formano solo alla luce.

Chen ha trascorso due decenni lavorando su questo problema prima che il suo laboratorio trovasse un metodo che aiutasse a svelare il mistero della funzione degli organelli.

In passato, rimuoveva un gene in una pianta da laboratorio e cercava di osservare eventuali cambiamenti nei fotocorpi e nelle risposte delle piante alla luce o alla temperatura. Questo approccio ha prodotto un successo parziale.

Il suo laboratorio ha identificato un gene che rendeva impossibile l'assemblaggio degli organelli privi di membrana. L'eliminazione di questo gene ha reso le piante parzialmente cieche alla luce. "Abbiamo visto che questi organelli sono coinvolti nel rilevamento della luce, ma ci siamo resi conto che si trattava di una correlazione, non di una causalità", ha affermato Chen.

Per saperne di più, i ricercatori hanno provato ad aumentare le dimensioni degli organelli, anziché eliminarli. Questa strategia, dettagliata in uno dei nuovi documenti, si è rivelata vincente. Con gli organelli più grandi era possibile vederne la funzione.

"Ciò che abbiamo visto, in definitiva, è che gli organelli privi di membrana aiutano le piante a distinguere un'intera gamma di diverse intensità di luce. Senza di essi, le piante non sarebbero in grado di 'vedere' i cambiamenti nell'intensità della luce", ha detto Chen.

In una serie di esperimenti correlati, descritti nella seconda Nature Communications articolo, i ricercatori hanno testato la relazione tra questi organelli e la temperatura. In precedenza, il gruppo aveva dimostrato che se la temperatura aumenta, il numero di questi organelli diminuisce.

Il gruppo ha teorizzato che la sensibilità alla temperatura sarebbe una funzione della posizione nella cellula in cui si formano gli organelli. Altri ricercatori hanno proposto che la formazione degli organelli sia casuale, ma Chen sospettava che non fosse così.

"Non c'è molto in natura che sia completamente casuale", ha detto Chen. "In aeroporto le persone si riuniscono in mezzo al nulla oppure si trovano solitamente nelle sale d'attesa e ai banchi delle compagnie aeree? Tutto ciò che ha una funzione importante di solito non è casuale."

Si scopre che anche la formazione dei corpi fotografici non è casuale. Più della metà di essi si trovano vicino ai centromeri, la regione di un cromosoma che ospita geni silenziati.

A 16 gradi, nelle cellule c'erano nove tipi di organelli privi di membrana. A 27 gradi, il numero è sceso a soli cinque tipi. Sebbene tutti contengano il fitocromo B, proteina sensibile alla temperatura, alcuni di questi organelli sono sensibili alla temperatura e altri no.

Andando avanti, i ricercatori sperano di dimostrare che è possibile modificare la sensibilità delle piante alla luce e alla temperatura manipolando il punto in cui si formano gli organelli. Ciò è particolarmente importante se le persone vogliono continuare a coltivare colture alimentari in un mondo più caldo e luminoso.

La California coltiva la metà della frutta e della verdura del paese. Ma gli scienziati stimano che senza la mitigazione delle emissioni di gas serra, le temperature medie nello stato potrebbero aumentare di 11 gradi entro la fine del secolo, con un grave impatto sulla crescita dei raccolti.

"Per prevedere e mitigare il cambiamento climatico, dobbiamo capire come le piante percepiscono e rispondono al loro ambiente, in particolare alla temperatura", ha affermato Chen. "La temperatura non è correlata solo alla crescita e alle dimensioni. È legata a tutto:tempo di fioritura, sviluppo dei frutti, risposta agli agenti patogeni e immunità."