A germinazione di sementi dipende da a luce in parechje piante. Ma micca sempre: Aethionema arabicum, una pianta adattata à e cundizioni ambientali sfidae, faci a so manera. Quì, i phytochromes, i receptori per a luce rossa è di u rossu, ghjucanu un rolu inesperu in a germinazione di sementi è u tempu di stu prucessu à a stagione ottima.
Questi risultati, avà publicati in Fisiologia pianta, sò un esempiu convincente di u rewiring evolutivu di i moduli di signalazione chì aiutanu i pianti à adattà à i so abitati. U studiu hè statu guidatu da circadori di l'Istitutu Gregor Mendel di Biologia Molecular Plant (GMI) di l'Accademia Austriaca di Scienze.
Mentri qualchi piantà semi necessitanu luce per germinà, altri semi sò insensibili o ancu inibiti da a luce. A maiò parte di u rolu di a luce durante germinazione di e sementi derivanu da studii cù l'organisimu mudellu Arabidopsis thaliana, induve a luce hè necessaria per inizià a germinazione.
In cuntrastu, a luce hè un forte inhibitore di a germinazione in altri pianti, ma a basa moleculare di questu effettu hè stata largamente scunnisciuta. Una squadra di circadori, guidata da u duttore Zsuzsanna Mérai à l'Istitutu Gregor Mendel (GMI), hà utilizatu avà a pianta Aethionema arabicum (Brassicaceae) per studià u mecanismu moleculare di l'inhibizione di a luce. sumente germinazione.
L'Aethionema arabicum hè originatu da abitati aperti è secchi induve a germinazione di sementi nantu à a superficia durante i ghjorni brillanti, longu è caldi riduce a probabilità di sopravvivenza di piantina. L'inibizione ligera di a germinazione hè interpretata cum'è una caratteristica per restringe a germinazione à stagioni più fresche o à e sementi situate sottu terra.
In u so studiu, Mérai è i so culleghi anu dimustratu chì i phytochromes, i receptori di luce per e lunghezze d'onda rosse è rosse, ghjucanu un rolu duale in a risposta à a luce in Aethionema; ponu stimulà, ma ancu impediscenu a germinazione. Misurendu u intensità di luce è a durazione attraversu i fitocromi, i graneddi acquistanu infurmazioni nantu à a durata di u ghjornu è per quessa, nantu à a stagione.
Una variante cipriota aiuta à capisce l'inibizione di a luce
Mérai è i so culleghi utilizanu sementi di una variante di Aethionema originaria di Cipru (CYP) chì ùn germinanu micca dopu l'esposizione à a luce bianca. In u so abitatu naturale, A variante CYP solu germinate in prima primavera quandu i ghjorni sò relativamente brevi, è e temperature sò fresche. Questu permette à a pianta per cumpiendu u so ciclu di vita prima di a staghjoni di l'estiu seccu.
Mérai hà cercatu di investigà u mecanismu di l'inhibizione di a luce in Aethionema CYP creendu una cullizzioni di sementi mutagene chì anu screened per mutanti chì puderanu germinà ancu in luce bianca, in cuntrastu à a linea originale. Avà, i circadori anu carattarizatu un mutante à u livellu moleculare.
L'anu chjamatu "koy-1", dopu à Koyash, u diu di u sole in a mitulugia turca. Anu dimustratu chì a so mutazione hà affettatu HEME OXYGENASE 1, un gene chjave necessariu per a biosintesi di i cromofori, e molécule di fitocromi chì rilevanu a luce. Questa mutazione limita a quantità di a proteina cromofora è hè rispunsevuli di a risposta di a luce alterata di koy-1.
U doppiu rolu di i fitocromi permette l'adattazione ambientale
U mutante koy-1 hà permessu à Mérai è i so culleghi di scopre più dettagli meccanicisti. "Variendu l'intensità di a luce, a lunghezza d'onda è a durata, avemu statu capace di disseczione di mudelli cumplessi di risposta luminosa ligati à i fitocromi in Aethionema", dice Mérai. in a germinazione di sementi di Aethionema.
I so esperimenti anu dimustratu chì l'alta intensità è a durata di a luce inibiscenu fermamente a germinazione, mentri l'esposizione curta favuriva a germinazione. Sti dui risposti opposti à a luce risultanu da proporzioni diffirenti trà dui hormone chjave: l'acidu abscisicu inhibitore di a germinazione (ABA) versus l'acidu gibberellicu (GA) chì induce a germinazione.
"Avemu digià cunnisciutu chì l'esposizione à a luce in Arabidopsis hà risultatu in livelli elevati di GA è bassu ABA. Avà, sapemu ancu chì Aethionema CYP risponde in modu simile sottu una luce assai limitata. Tuttavia, cù l'aumentu di l'irradiance, i livelli di l'hormone andanu literalmente à l'inversu, risultatu in l'inibizione di a germinazione ", dice Mérai. "I risposti opposti à l'intensità è a durata di a luce anu una basa genetica è sò una adattazione à l'ambienti naturali di e piante, chì permettenu à Aethionema CYP di germinà in prima primavera, ma micca più tardi".
Evolution travaglia cù moduli di rewiring
Svelendu chì i stessi attori molecolari puderanu mediare effetti diametralmente opposti, a squadra documenta cumu l'evoluzione pò avè "rewired" moduli esistenti per risponde bè à i bisogni ambientali. Cù tali variazioni cumminatorii, documentate in parechji organismi, l'evoluzione pò ottene cambiamenti "rapidi" senza a necessità di novi attori per evoluzione da zero.
"I nostri scuperti aprenu a strada per una megliu comprensione di i prucessi molecolari in a natura è a biodiversità studiendu l'organisimi non-mudelli è e piante non-cultivate. A cunniscenza scientifica acquistata da Arabidopsis hè essenziale, ma micca sempre rappresentativa di tutte e piante. Quì, avemu dimustratu chì pudemu ancu scopre i miccanismi molecolari completamente opposti in a natura ", cuncludi Mérai, chì u so travagliu stabilisce Aethionema cum'è un novu mudellu per studià l'effetti di a luce nantu à a sumente. germination.