RICERCA ITALIANA     

DIALOGO TRA ORGANELLI NELLE RISPOSTE DI DIFESA AGLI STRESS OSSIDATIVI E NELLA MORTE CELLULARE PROGRAMMATA NELLE PIANTE

Università degli Studi di Bari

Abstract

Le piante sono maggiormente sottoposte agli stress ambientali rispetto agli organismi animali i quali, grazie alla loro "mobilità", possono, almeno in talune condizioni, sottrarsi ad essi.
Un'ampia gamma di stress abiotici attiva la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), in taluni casi responsabile di seri danni ossidativi per la cellula. In alcune condizioni, come risultato dello stress ossidativo, le cellule vegetali vanno incontro a morte cellulare programmata (PCD). Le piante sono provviste di numerosi meccanismi di difesa, basati sia su proteine sia su metaboliti con proprietà redox, che intervengono contro lo stress, ma che in determinate condizioni, inducono la PCD. Scopo di questo progetto è studiare come sistemi vegetali modello (colture cellulari stabilizzate) e piante di interesse agroalimentare rispondono a stress ossidativi e/o attivano la PCD. Particolare attenzione verrà rivolta ad alcuni compartimenti cellulari e all'integrazione delle informazioni che partono da uno specifico compartimento ma attivano risposte cellulari generalizzate o localizzate in altri compartimenti. Cloroplasti e mitocondri verranno studiati come principali siti di produzione di ROS e per i loro sofisticati meccanismi di regolazione dei livelli di queste specie tossiche. Verranno inoltre studiati meccanismi di protezione dai danni ossidativi operanti nel nucleo, organulo ancora poco studiato in questo aspetto, e le alterazione dei sistemi antiossidanti attivate in >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Laura DE GARA Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo unificante del progetto è lo studio delle risposte di difesa agli stress ossidativi e lo studio della PCD nelle cellule vegetali, con particolare attenzione al dialogo tra i diversi compartimenti cellulari.
In particolare questo progetto di ricerca è finalizzato a capire:
A. come mitocondri, cloroplasti e nucleo si difendano dallo stress, con speciale attenzione alla regolazione di nuovi e vecchi componenti del sistema di difesa;
B. i meccanismi di trasporto mitocondriale di ascorbato, composti flavinici, glutatione e prolina e la loro regolazione in condizioni di stress;
C. il ruolo dei mitocondri nella PCD di piante (indotta sia da condizioni di stress che dal programma di differenziamento), con particolare attenzione al rilascio del citocromo c, e proteine omologhe al fattore di induzione di apoptosi identificato in cellule animali; il ruolo dei sistemi antiossidanti citosolici e cloroplastici nella PCD;
D. l'effetto della sovra-espressione di geni coinvolti nel riparo da danni ossidativi del DNA sulle risposte della pianta a stress ossidativi e nella PCD.

Risultati parziali attesi

ATTIVITA' 1: NUCLEO E STRESS OSSIDATIVO
- Isolamento e caratterizzazione molecolare del gene Tdp1 di Daucus carota.
- Predisposizione di costrutti idonei e ottenimento di linee transgeniche di carota (colture cellulari) e di frumento (piante).
- Valutazione dell'entità del danno ossidativo a carico del DNA indotto da vari tipi di stress e dell'eventuale effetto protettivo del potenziamento della biosintesi di ASC.

ATTIVITA' 2 MITOCONDRI E STRESS OSSIDATIVO
- Verifica dell'esistenza del completo ciclo ASC-GSH in mitocondri vegetali e del suo coinvolgimento nelle risposte di difesa da stress ossidativi.
- Approfondimento delle conoscenze dei ruoli del PmitoKATP, dell'ossidasi alternativa e della PUMP nei meccanismi di difesa contro i ROS e dei meccanismi che regolano le attività di questi sistemi e del metabolismo energetico mitocondriale in condizioni di stress ossidativo.
- Identificazione e caratterizzazione dei meccanismi di trasporto nel e dal mitocondrio di ASC e delle flavine.
- Identificazione dei sistemi di trasporto della prolina nel mitocondrio e approfondimento del le conoscenze del suo metabolismo in questo organulo.

ATTIVITA' 3 CLOROPLASTI E STRESS OSSIDATIVI
- Caratterizzazione degli effetti di uno stress ossidativo che si verifica nei cloroplast, sul metabolismo fotosintetico, sui sistemi di protezione dai ROS residenti nei cloroplasti e su quelli localizzati nel c >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Nelle piante, come in tutti gli organismi aerobi, il metabolismo energetico produce inevitabilmente specie reattive dell'ossigeno (ROS)(Asada 1999, Møller 2001). In condizioni ottimali la produzione di ROS si mantiene entro livelli compatibili con il metabolismo; ma, in qualsiasi condizione di stress la produzione di ROS può aumentare tanto da determinare uno stress ossidativo che mina funzionalità e vitalità cellulare. Nelle piante resistenti, un aumento di ROS induce un potenziamento dei sistemi antiossidanti. Tali difese comprendono enzimi e metaboliti con proprietà redox, tra i quali il ciclo dell'ascorbato-glutatione (ASC-GSH) riveste indubbiamente un ruolo chiave (Noctor e Foyer, 1998). In questo ciclo l'ASC è ossidato direttamente da ROS o enzimaticamente dall' ASC perossidasi (APX). Il primo prodotto della sua ossidazione, il monodeidroascorbato (AFR), è in parte ridotto da una AFR reduttasi (AFRR) e in parte va incontro ad una dismutazione spontanea che produce deidroascorbato (DHA). Il DHA può essere ridotto da una DHA riduttasi (DHAR), un enzima che, usando glutatione (GSH) come donatore di elettroni, coopera con la AFRR per il riciclo di ascorbato ossidato. Infine, il glutatione disolfuro, prodotto nella riduzione di DHA, è riconvertito a GSH da una reduttasi NADPH-dipendente (GR).
La tossicità dei ROS è ormai ampiamente riconosciuta; tuttavia, recentemente è stato messo in evidenza un loro ruolo positivo nella difesa contro i patogeni (Bolwell et al >>>