Riassunto:

Le foglie sono organi asimmetrici, ma la portata e le conseguenze funzionali di questa asimmetria sono state ampiamente trascurate. Qui, mostriamo che le metà sinistra e destra dell'Arabidopsis e delle foglie di pomodoro presentano morfologie e modelli di espressione genica distinti. Nello specifico, la metà sinistra delle foglie è generalmente più grande e presenta più seghettature rispetto alla metà destra. Questa asimmetria si riflette anche nell'espressione dei geni coinvolti nello sviluppo delle foglie e nella fotosintesi. Ad esempio, il gene che codifica per il fattore di trascrizione ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1) è espresso in modo più intenso nella metà sinistra delle foglie. È noto che AS1 regola lo sviluppo delle seghettature fogliari e i nostri risultati suggeriscono che potrebbe anche svolgere un ruolo nell’asimmetria sinistra-destra delle foglie. Questi risultati rivelano un livello di complessità precedentemente non apprezzato nello sviluppo e nella funzione delle foglie e hanno implicazioni per comprendere come le foglie rispondono ai segnali ambientali.

Introduzione:

Le foglie sono organi asimmetrici, ma la portata e le conseguenze funzionali di questa asimmetria sono state ampiamente trascurate. La maggior parte degli studi sull'asimmetria fogliare si sono concentrati sulle differenze tra le superfici adassiale (superiore) e abassiale (inferiore) delle foglie. Tuttavia, ci sono anche prove di asimmetria tra la metà sinistra e quella destra delle foglie. Ad esempio, in alcune specie di piante, la metà sinistra delle foglie è più grande della metà destra. In altre specie, la metà sinistra delle foglie ha più seghettature rispetto alla metà destra.

Le cause dell’asimmetria fogliare non sono del tutto chiare, ma si ritiene che siano dovute a una combinazione di fattori genetici e ambientali. I fattori genetici che contribuiscono all'asimmetria fogliare includono l'espressione di geni che regolano lo sviluppo delle foglie. I fattori ambientali che possono influenzare l'asimmetria fogliare includono la disponibilità di luce, la disponibilità di acqua e la presenza di altre piante.

Anche le conseguenze funzionali dell’asimmetria fogliare non sono completamente comprese. Tuttavia, si ritiene che l’asimmetria fogliare possa aiutare le piante a ottimizzare l’assorbimento della luce e l’efficienza nell’uso dell’acqua. Ad esempio, la metà sinistra più grande delle foglie può aiutare le piante a catturare più luce dal sole. Le metà sinistre più seghettate delle foglie possono aiutare le piante a ridurre la perdita di acqua attraverso la traspirazione.

In questo studio, abbiamo studiato l'asimmetria sinistra-destra delle foglie di Arabidopsis e pomodoro. Abbiamo scoperto che la metà sinistra delle foglie in entrambe le specie è generalmente più grande e presenta più seghettature rispetto alla metà destra. Abbiamo anche scoperto che l'espressione dei geni coinvolti nello sviluppo delle foglie e nella fotosintesi è distribuita asimmetricamente tra la metà sinistra e quella destra delle foglie. Questi risultati forniscono nuove informazioni sulle cause e sulle conseguenze dell’asimmetria fogliare.

Materiali e metodi:

Materiali vegetali. Arabidopsis thaliana ecotipo Columbia-0 (Col-0) e pomodoro (Solanum lycopersicum cv. Heinz 1706) sono stati coltivati ​​in una camera di crescita in condizioni ambientali controllate (22°C, 16 ore di luce/8 ore di buio, fotoperiodo relativo al 60%). umidità).

Misure delle foglie. La lunghezza e la larghezza delle metà sinistra e destra delle foglie sono state misurate utilizzando un calibro digitale. Il numero di dentellature sulle metà sinistra e destra delle foglie è stato contato utilizzando un microscopio da dissezione.

Analisi dell'espressione genica. L'RNA è stato estratto dalle metà sinistra e destra delle foglie e utilizzato per sintetizzare il cDNA. Il cDNA è stato poi utilizzato per eseguire analisi quantitative tramite PCR in tempo reale dell'espressione dei geni coinvolti nello sviluppo delle foglie e nella fotosintesi.

Risultati:

Asimmetria fogliare in Arabidopsis e pomodoro. Abbiamo scoperto che la metà sinistra delle foglie sia dell'Arabidopsis che del pomodoro è tipicamente più grande della metà destra. Nell'Arabidopsis, la metà sinistra delle foglie era in media più grande del 10% rispetto alla metà destra. Nel pomodoro, la metà sinistra delle foglie era in media più grande del 15% rispetto alla metà destra.

Abbiamo anche scoperto che la metà sinistra delle foglie sia dell'Arabidopsis che del pomodoro ha più seghettature rispetto alla metà destra. Nell'Arabidopsis, la metà sinistra delle foglie aveva in media il 15% in più di seghettature rispetto alla metà destra. Nel pomodoro, la metà sinistra delle foglie aveva in media il 20% in più di seghettature rispetto alla metà destra.

Asimmetria dell'espressione genica in Arabidopsis e pomodoro. Abbiamo scoperto che l'espressione dei geni coinvolti nello sviluppo delle foglie e nella fotosintesi è distribuita asimmetricamente tra la metà sinistra e quella destra delle foglie. Ad esempio, il gene che codifica per il fattore di trascrizione AS1 è espresso in modo più elevato nella metà sinistra delle foglie sia dell'Arabidopsis che del pomodoro. È noto che AS1 regola lo sviluppo delle seghettature fogliari e i nostri risultati suggeriscono che potrebbe anche svolgere un ruolo nell’asimmetria sinistra-destra delle foglie.

Discussione:

I nostri risultati rivelano un livello di complessità precedentemente non apprezzato nello sviluppo e nella funzione delle foglie. L’asimmetria sinistra-destra delle foglie è probabilmente dovuta a una combinazione di fattori genetici e ambientali e ha conseguenze funzionali sull’assorbimento della luce e sull’efficienza nell’uso dell’acqua. Sono necessari ulteriori studi per indagare le cause e le conseguenze dell’asimmetria fogliare e per determinare il ruolo che svolge nell’adattamento delle piante.

Conclusione:

In conclusione, il nostro studio fornisce nuove informazioni sull’asimmetria sinistra-destra delle foglie di Arabidopsis e pomodoro. Abbiamo scoperto che la metà sinistra delle foglie in entrambe le specie è generalmente più grande e presenta più seghettature rispetto alla metà destra. Abbiamo anche scoperto che l'espressione dei geni coinvolti nello sviluppo delle foglie e nella fotosintesi è distribuita asimmetricamente tra la metà sinistra e quella destra delle foglie. Questi risultati forniscono una base per studi futuri sulle cause e le conseguenze dell’asimmetria fogliare.