Nuova ricerca dell'Università di Oxford, pubblicato di recente sulla rivista eLife , getta nuova luce sui cloroplasti vegetali, e le proteine ​​al loro interno. La regolazione delle proteine ​​dei cloroplasti è importante per lo sviluppo delle piante e l'acclimatazione allo stress ed è sempre più importante in quanto le piante, comprese le nostre colture di base, Grano, Riso, orzo:devono rispondere ai nostri ambienti in evoluzione.

"Mentre il pianeta si riscalda, sarà sempre più urgente comprendere le basi molecolari della tolleranza allo stress delle piante. Questo studio ha scoperto un altro livello di complessità all'interno dei sistemi che le piante usano per controllare i loro cloroplasti." Professor Paul Jarvis

È stato stimato che le colture "stressate" - dal cambiamento dei modelli meteorologici, siccità, inondazioni e temperature estreme, possono ridurre la produzione fino al 70%, che avrà un impatto devastante sulla nostra capacità di nutrire il mondo.

È diventato sempre più urgente sviluppare varietà di colture migliorate - piante con un maggiore valore nutritivo o resilienza agli ambienti avversi - e la chiave di questo sviluppo sarà la nostra comprensione delle basi molecolari della tolleranza allo stress delle piante.

Tutte le piante verdi crescono convertendo l'energia luminosa in energia chimica attraverso un processo noto come fotosintesi. La fotosintesi avviene all'interno di compartimenti specializzati delle cellule vegetali noti come cloroplasti. I cloroplasti richiedono migliaia di proteine ​​diverse per funzionare, e questi vengono importati nel cloroplasto tramite un macchinario specializzato noto come complesso TOC. Il complesso TOC è, si, fatto di proteine.

Recenti studi hanno rivelato che il complesso TOC viene rapidamente distrutto quando le piante incontrano stress ambientale:questo protegge le cellule vegetali dai danni limitando la fotosintesi, che possono generare sottoprodotti tossici in condizioni avverse. Questo processo è stato chiamato CHLORAD, per "degradazione proteica associata al cloroplasto".

In CLORAD, il complesso TOC viene prima marcato con una piccola proteina chiamata ubiquitina. Questa 'ubiquitinazione' favorisce la distruzione del complesso, e quindi sopprime l'importazione di proteine ​​​​del cloroplasto, fotosintesi, e la produzione di sottoprodotti tossici.

In questo studio, i ricercatori hanno chiesto se il complesso TOC è anche SUMOilato—SUMO è un altro piccolo tag simile all'ubiquitina—e, se è così, qual è la funzione di tale TOC SUMOylation. I ricercatori hanno scoperto che il complesso TOC è effettivamente SUMOilato, e che TOC SUMOylation innesca anche la distruzione del complesso TOC ed è importante per la crescita e lo sviluppo delle piante. Questi risultati sono intriganti, poiché indicano che l'azione di SUMO è molto simile a quella di CHLORAD, in tale contesto.

Infatti, la somiglianza osservata con CHLORAD implica che SUMOylation regola l'attività della via CHLORAD. Questo è particolarmente interessante, poiché è noto che la SUMOilazione è indotta da varie forme di stress ambientale ed è un fattore chiave per l'acclimatazione allo stress delle piante.

"È stato notevole quando il ruolo dell'ubiquitinazione, e CLORAD, è stato scoperto qualche anno fa, e questo nuovo ruolo per SUMO non fa che aumentare l'intrigo." Professor Paul Jarvis

Basandosi su queste scoperte, i ricercatori stanno attualmente esplorando come manipolare il percorso CHLORAD per migliorare le prestazioni delle colture. Migliore comprensione della regolazione dell'importazione di proteine ​​dei cloroplasti e/o della via CHLORAD, consegnato a seguito delle nuove scoperte qui riportate, aiuterà a guidare questi sforzi.