Variazioni del profilo d'espressione proteica in plantule di mais (Zea mays) allevate in diversa disponibilità di nitrato

L’ottenimento di piante maggiormente efficienti per l’approvvigionamento e l’assimilazione dell’azoto disponibile nel suolo è un presupposto irrinunciabile in un contesto di agricoltura sostenibile. La selezione di piante con queste caratteristiche rimane tuttavia strettamente legata ad un approfondimento delle conoscenze sulle relazioni suolo-pianta e sui processi coinvolti nell’acquisizione da parte degli organismi vegetali di questo nutriente minerale, prevalentemente presente nei suoli agrari come nitrato (Marschner H. “Mineral nutrition of higher plants” II edition Academic Press, 1995). La disponibilità di nitrato nel suolo è infatti soggetta a notevoli fluttuazioni e molte piante coltivate presentano una bassa capacità di utilizzare questo elemento nutritivo. Alcune stime hanno evidenziato che molti cereali nelle condizioni migliori presentano un’efficienza d’uso non superiore al 50% (Lawlor DW et al. “Nitrogen, Plant Growth and crop yield.” In Plant Nitrogen – Eds. Lea PJ, Morot-Gaudry J-F. Springer INRA, Editions 2001). Assorbimento ed assimilazione del nitrato coinvolgono sistemi la cui espressione e/o attività varia profondamente in relazione sia alla disponibilità del nutriente sia allo stato nutrizionale della pianta. La capacità di sostenere queste attività è, inoltre, strettamente legata a quei processi necessari a garantire gli scheletri carboniosi e l’energia metabolica quali la fotosintesi, la respirazione, il ciclo dei pentosi fosfati ed altre attività quali la sintesi proteica, la sintesi degli amminoacidi, il metabolismo secondario (Scheible et al. “Genome-Wide reprogramming of primary and secondary metabolism, protein synthesis, cellular growth processes, and the regulatory infrastructure of Arabidopsis in response to nitrogen” Plant Physiol, 136: 2483-2499, 1995). L’efficacia nell’acquisire l’azoto è quindi direttamente dipendente, oltre che alla velocità d’induzione dei sistemi coinvolti nell’assorbimento e nell’assimilazione del nutriente, alla capacità di modulare tutte queste funzioni cellulari. Molte delle ricerche fin qui condotte sono state rivolte allo studio dell’espressione genica mentre pochi sono gli studi in cui è stata analizzata l’espressione a livello proteico. Partendo da questi presupposti è stato avviato uno studio sui proteomi di radici e di germogli di plantule di mais allevate in condizioni di diversa disponibilità di nitrato, ovvero in condizioni in cui i meccanismi coinvolti nell’assunzione del nutriente siano indotti o deindotti. Dopo avere proceduto all’estrazione dei campioni in tampone, la frazione proteica, isolata mediante ripartizione con fenolo e precipitazione in acetone, è stata risolta mediante elettroforesi bidimensionale differenziale (2D-DIGE). La successiva analisi dei gel, condotta grazie all’impiego del software Decyder, ha evidenziato sia nelle radici che nei germogli alcune variazioni sia qualitative che quantitative del profilo proteico. In particolare, alcuni peptidi risultano essere specificamente indotti dalla presenza del nitrato nel mezzo di crescita, mentre altri evidenziano un significativo cambiamento del livello d’espressione. I peptidi d’interesse sono stati prelevati, sottoposti a parziale digestione con tripsina e caratterizzati mediante analisi di spettrometria di massa (LC-ESI-MS/MS, liquid chromatography – Electrospray - tandem mass spectrometry).