Gli scienziati della Purdue University Natalia Dudareva e Joseph Lynch hanno cercato un modo per aumentare la produzione di fenilalanina da parte di una pianta, un composto importante per la sopravvivenza delle piante e utilizzato dall'uomo negli aromi, fragranze, biocarburanti, insetticidi e farmaci. Il loro lavoro ha portato alla scoperta l'anno scorso di un percorso metabolico precedentemente sconosciuto che pensavano potesse essere progettato per consentire alle piante di produrre più fenilalanina di quanto non facciano da sole.

Una modificazione genetica che avrebbe dovuto aumentare la produzione di fenilalanina ha portato a una riduzione inaspettata del composto. Questa battuta d'arresto, però, ha illuminato una connessione nascosta tra la biosintesi della fenilalanina e l'ormone vegetale auxina, che ha implicazioni non solo per il metabolismo degli aminoacidi, ma anche la nostra comprensione della crescita e dello sviluppo.

"Per molti anni, non sapevamo come le fluttuazioni attraverso questi percorsi fossero regolate e interconnesse con gli ormoni vegetali e altri composti, " disse Dudareva, un illustre professore di biochimica e membro del Centro di biologia vegetale di Purdue, i cui risultati sono stati pubblicati in Natura chimica biologia . "Abbiamo trovato un dialogo incrociato con l'auxina, il che potrebbe spiegare perché le piante non usano questa seconda via e creano maggiori quantità di fenilalanina".

Le piante usano la fenilalanina come elementi costitutivi per i composti per attirare gli impollinatori, per difesa, riproduzione, crescita e sviluppo. Pur essendo sufficiente per tali scopi, le quantità sono piccole per usi umani.

La produzione di fenilalanina avviene principalmente nei plastidi, i piccoli organelli come i cloroplasti. Ma Dudareva, linciare, che è un ricercatore della Purdue, e lo studente laureato Yichun Qian ha scoperto che anche le piante possono produrre fenilalanina nel citoplasma e potrebbero essere in grado di produrne quantità maggiori.

Gli scienziati hanno coltivato le petunie fino alla maturità, e quindi indotto la produzione di un enzima che aumenterebbe la produzione di fenilalanina nel citosol.

"Ha funzionato magnificamente. Abbiamo ottenuto un aumento di tre volte nella sintesi della fenilalanina, " ha detto Lynch.

Quindi hanno integrato un gene nel genoma della petunia che avrebbe aumentato la produzione dello stesso enzima, che avrebbe dovuto dare risultati simili. Anziché, la produzione di fenilalanina è leggermente aumentata nel citosol, ma è diminuito significativamente nei plastidi. Ciò ha portato a una diminuzione complessiva della produzione di fenilalanina.

Questo perché sia ​​la fenilalanina che l'auxina, un ormone vegetale necessario per la crescita delle piante, può utilizzare un composto chiamato fenilpiruvato come substrato per la biosintesi. Producendo più fenilalanina nel citosol, il fenilpiruvato è aumentato in quel compartimento e ha creato più auxina.

Lievi variazioni negli ormoni vegetali possono causare significativi problemi di sviluppo. In questo caso, l'aumento di auxina ha portato alla produzione di un minor numero di plastidi e ad una diminuzione della produzione di fenilalanina.

"La nostra strategia per creare più fenilalanina non funzionerà. Ci troviamo in un vicolo cieco a causa dell'inaspettato dialogo incrociato con l'auxina, " ha detto Lynch. "Continueremo a cercare di aumentare la fenilalanina, ma lavoreremo attraverso il percorso dei plastidi e cercheremo di superare i colli di bottiglia che limitano la produzione lì".

Dudareva ha affermato che i risultati non solo mostrano come la fenilalanina e l'auxina siano collegate, ma offrono un suggerimento sul motivo per cui le piante hanno la via citosolica meno utilizzata.

Le piante probabilmente producono abbastanza fenilalanina attraverso il percorso plastidiale strettamente regolato e non ne producono di più per non alterare l'equilibrio dell'auxina. Ma quando una pianta è ferita e ha bisogno di più fenilalanina per difendersi o per guarire, il percorso citosolico può mettersi in marcia per fornire ciò che è necessario.

"Sembra che il percorso sia usato dalle piante come prima risposta a stress o danni, " Ha detto Dudareva. "Questo è importante da sapere perché inizialmente non era chiaro se le piante utilizzassero questo percorso per la biosintesi della fenilalanina".