La genomica vegetale ha fatto molta strada da quando il Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) ha contribuito a sequenziare il primo genoma vegetale. Ma progettare il raccolto perfetto è ancora, per molti versi, un gioco d’azzardo. Effettuare la stessa mutazione del DNA in due piante diverse non sempre ci fornisce le caratteristiche del raccolto che desideriamo. La domanda è: perché no? I biologi vegetali del CSHL hanno appena scoperto una ragione.
Il professore del CSHL e investigatore dell’HHMI Zachary Lippman e il suo team hanno scoperto quel pomodoro e Arabidopsis thaliana le piante possono utilizzare sistemi di regolazione molto diversi per controllare lo stesso gene esatto. Incredibilmente, hanno collegato questo comportamento a trasformazioni genetiche estreme avvenute nel corso di 125 milioni di anni di evoluzione.
Gli scienziati hanno utilizzato l’editing del genoma per creare oltre 70 ceppi mutanti di pomodoro e Arabidopsis thaliana impianti. Ogni mutazione cancellava un pezzo di DNA regolatore attorno a un gene noto come CLV3. Hanno poi analizzato l’effetto che ciascuna mutazione ha avuto sulla crescita e sullo sviluppo delle piante. Quando il DNA si mantiene CLV3 sotto controllo era troppo mutato, la crescita dei frutti è esplosa.
Danielle Ciren, una neolaureata della Scuola di Scienze Biologiche della CSHL che ha condotto questo studio, spiega: “CLV3 aiuta le piante a svilupparsi normalmente. Se non fosse acceso nel momento esatto in cui lo è, le piante avrebbero un aspetto molto diverso. Tutti i frutti sarebbero enormi e non ideali. È necessario bilanciare crescita e rendimento. Se una pianta ha pomodori giganti ma solo due, è vantaggioso quanto una resa inferiore? Non esiste una soluzione semplice. Si sacrifica sempre qualcosa quando si cerca di migliorare qualcosa.”
Per i pomodori, le mutazioni ingegneristiche si avvicinano all’inizio ma non alla fine CLV3 Il gene ha influenzato notevolmente la dimensione del frutto. Per Arabidopsis, le aree attorno a entrambe le parti del gene dovevano essere distrutte. Ciò indica che negli ultimi 125 milioni di anni è accaduto qualcosa che ha fatto evolvere le piante in modo diverso. Cosa sia successo esattamente rimane un mistero.
“Non si può risalire agli antenati comuni perché non esistono più. Quindi è difficile dire quale fosse lo stato originale e come siano state mescolate le cose”, dice Ciren. “La spiegazione più semplice è che c’è un elemento normativo che in qualche modo è stato conservato, ed è stato alterato in modi sottili. È un po’ inaspettato.”
Che cosa È certo è che la regolazione genetica non è uniforme tra le specie vegetali. Scoprire queste differenze genetiche potrebbe aiutare a rendere l’ingegneria del genoma delle colture più prevedibile. E ciò rappresenterebbe una grande vittoria non solo per la scienza, ma anche per gli agricoltori e i coltivatori di piante di tutto il mondo.
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