2. SCOPO DEL PROGETTO
2.1 Obiettivi
Negli organismi e in particolare nel regno vegetale, l’orologio biologico o “circadian clock” ha la funzione di regolare molti dei processi fisiologici e metabolici.
Diversi geni e proteine che partecipano alla regolazione del clock sono stati identificati per lo più attraverso l’uso della biologia molecolare.
Tuttavia le scoperte fatte fino a questo momento non sono sufficienti per spiegare e comprendere a fondo la complessità dei meccanismi del clock, suggerendo che molti dei suoi regolatori sono ancora a noi sconosciuti.
Dati sperimentali e modelli matematici suggeriscono fortemente che GIGANTEA (GI) può essere uno di questi regolatori; in mutanti gi si osserva l’alterazione delle altre componenti chiave dell’orologio.
GI è anche coinvolto in altri processi fisiologici di notevole importanza come l’induzione fotoperiodica e la risposta alla luce rossa e blu, suggerendo un importante ruolo di questo gene nei processi di sviluppo delle piante.
Malgrado l’importanza di GI in tali processi, la sua funzione biochimica e la sua regolazione a livello molecolare sono aspetti ancora da chiarire.
Il principale obiettivo di questo progetto è quello di incrementare le conoscenze attuali sul funzionamento del clock e, più nello specifico, di comprendere i meccanismi alla base della regolazione di GIGANTEA.
Il trascritto del gene è regolato dal circadian clock ed è caratterizzato da un picco di espressione durante il pomeriggio.
Il progetto si dedicherà maggiormente all’identificazione di nuovi geni o alleli, che ritardano o anticipano il picco di espressione di GI (GI timing).
Questi nuovi geni o alleli saranno identificati con lo studio delle variazioni genetico-naturali, effettuato attraverso il QTL mapping e fine mapping di differenti accessioni di Arabidopsis thaliana.
Per perseguire tali obiettivi, il promotore di GIGANTEA è stato fuso al gene della luciferasi ottenendo così un gene reporter che permette di monitorarne l’espressione, andando a definire un preciso GI timing; diversi ecotipi di Arabidopsis sono stati trasformati con questo costrutto e il picco di espressione del gene è stato assunto come tratto fenotipico.
Diverse accessioni di Arabidopsis mostrano differenti GI timing e le stesse sono state incrociate al fine di generare delle popolazioni (mapping population) che sono utilizzate per mappare le QTL regions che regolano il tratto fenotipico.
Nel caso specifico sono state studiate tre accessioni, Columbia Dijon G e Lip 0 che mostrano differenti GI timing; Columbia ha un GI timing anticipato di circa un’ora e mezzo (early phenotype) rispetto a quello di Dijon G e Lip 0 (late phenotype).
L’uso delle variazioni genetico-naturali è un’interessante alternativa nell’identificazione di questi nuovi geni regolatori, complementando le analisi di mutanti e mettendo a disposizione informazioni sul
meccanismo che può creare variabilità, all’interno della stessa specie, in natura.
Il progetto ha essenzialmente tre obiettivi:
1) Identificare i QTL (QTL mapping) coinvolti nella regolazione del GI timing utilizzando mapping population generate in laboratorio e confermare gli stessi QTL nelle generazioni successive.
2) Identificare nuovi geni o alleli che controllano l’espressione di GI attraverso il fine mapping delle popolazioni, riducendo progressivamente la lunghezza della regione identificata.
3) Analizzare l’espressione di altri geni componenti dell’orologio biologico.
2.2 Ragioni socio-economiche
Geni omologhi di GIGANTEA sono stati isolati in monocotiledoni, dicotiledoni e piante di interesse agrario; questo gene è altamente conservato nelle piante superiori.
Come già è stato detto, GI è implicato in molti processi fondamentali della vita della pianta incluso il circadian clock e il processo di fioritura.
Alterando la regolazione di geni “omologhi di GIGANTEA”, si può modificare la durata del ciclo vitale delle piante coltivate, raggiungendo dei risultati agronomicamente importanti.
Una fioritura anticipata può rappresentare un vantaggio agronomico notevole andando a diminuire i tempi di produzione dei semi; è noto
infatti che, nelle piante di cereali come in quelle per la produzione di oli, i semi sono la parte più importante della produzione stessa.
D’altra parte una fioritura ritardata può potenziare la produzione di piante da foraggio, come gli spinaci e la barbabietola da zucchero.
Lo sviluppo di nuove piante, basate su variazioni genetico-naturali per l’espressione di GI, offre l’opportunità di alterare il processo di fioritura, senza ricorrere all’utilizzo di piante transgeniche.
