Analisi funzionale del gene At1g12030 di Arabidopsis thaliana: effetti della sua sovraespressione sulla ripartizione del solfato fra radice e germoglio e sulla tolleranza delle piante al cadmio

I processi di assunzione e di allocazione sistemica del solfato (SO42-) nelle piante sono regolati attraverso meccanismi omeostatici che operano adeguando i flussi dell’anione nel sistema suolo-pianta ai fabbisogni nutrizionali della pianta stessa, a loro volta determinati da tutte le attività metaboliche che utilizzano lo zolfo (S) per la sintesi di svariate molecole. Adeguati livelli di composti contenenti S, come cisteina e glutatione, reprimono l’assunzione di SO42- attraverso un meccanismo di feedback negativo che ne previene l’eccessivo accumulo nelle cellule. Al contrario, la solfo-carenza e l’esposizione ad alcuni metalli pesanti che interferiscono con il metabolismo dello S, quali il cadmio, promuovono l’assunzione di SO42-, nonché il suo ingresso all’interno delle vie metaboliche. La maggior parte dei geni coinvolti nella regolazione di queste risposte risulta tutt’ora sconosciuta, nonostante l’importanza della nutrizione solfatica per la produzione e la sopravvivenza delle piante in molteplici ambienti. In questo lavoro vengono presentati e discussi i risultati della caratterizzazione funzionale del gene At1g12030 di Arabidopsis thaliana, presumibilmente implicato nel controllo dell’assunzione e/o dell’assimilazione di SO42-. L’intero lavoro è stato svolto su linee transgeniche sovraesprimenti At1g12030, nell’ipotesi di ottenere, dall’analisi dei loro fenotipi e dell’espressione di alcuni geni chiave, indicazioni sulla possibile funzione del gene. I principali risultati ottenuti mostrano che la sovraespressione del gene produce fenotipi inattesi, in quanto riduce la taglia e determina una colorazione verde pallido della rosetta. I germogli delle piante transgeniche presentano inoltre maggiori contenuti in S, Mo e Se rispetto al wild-type, suggerendo un possibile ruolo di At1g12030 nel controllo dell’assunzione e/o del movimento sistemico di SO42- all’interno della pianta. Esperimenti condotti su piante allevate in soluzioni idroponiche (in assenza o in presenza di cadmio) mostrano che i maggiori accumuli di S dei germogli sono prevalentemente riconducibili ad un effetto della sovraespressione di At1g12030 sul trascritto dei geni SULTR1;2, SULTR1;3 e SULTR2;1, i quali codificano per trasportatori coinvolti nell’assunzione e nella traslocazione di SO42-. Inoltre, la sovraespressione del gene incrementa la tolleranza a cadmio delle piante transgeniche, come probabile risultato di una loro maggiore capacità di sintetizzare tioli in risposta all’accumulo del metallo, confermando l’importanza di una buona disponibilità di S assimilabile nei processi di detossificazione del cadmio. Ulteriori analisi trascrizionali sono state condotte per approfondire le relazioni esistenti fra l’espressione di At1g12030 e quella di altri geni ad esso correlati, appartenenti al suo cluster di co-espressione. I risultati consentono nel loro insieme di ipotizzare una possibile funzione di At1g12030 di Arabidopsis nel controllo trascrizionale di alcuni geni codificanti per trasportatori ad alta (SULTR1;2 e SULTR1;3) e bassa (SULTR2;1) affinità del solfato, coinvolti nell’assunzione e nel movimento sistemico del nutriente all’interno della pianta. Rimangono tuttavia da chiarire alcuni effetti della sovraespressione di At1g12030 sul fenotipo delle linee transgeniche, quali la riduzione della taglia della pianta e la colorazione verde pallido dei germogli, che sembrerebbero essere legati ad effetti pleiotropici non meglio identificati e/o all’espressione ectopica del gene sotto il controllo del promotore CaMV 35S.