Effetto del cadmio e della solfocarenza sull’espressione di un trasportatore del solfato ad alta affinità di Brassica juncea

L’assorbimento e la distribuzione sistemica del solfato nelle piante sono processi mediati da specifici trasportatori la cui attività è altamente regolata per controllare il flusso di zolfo in funzione della loro richiesta metabolica, nonché del loro stato nutrizionale. L’esposizione a cadmio (Cd) influenza profondamente il metabolismo dello zolfo ed induce aumenti della capacità delle radici di assumere solfato dal mezzo, come risposta ad un incremento dei fabbisogni di zolfo della pianta guidato dall’attività di biosintesi delle fitochelatine. Tali comportamenti sono simili a quelli riscontrati in piante solfocarenti, dove tuttavia l’aumento della capacità di assumere solfato non è relazionabile a un incremento dei fabbisogni di zolfo bensì alla sola esigenza di mantenere l’omeostasi dei flussi di questo elemento lungo le vie assimilative. Entrambe le risposte sono controllate prevalentemente a livello trascrizionale e sono state a lungo indicate come risultanti di uno stesso segnale nutrizionale, peraltro controverso. Nel presente lavoro viene evidenziata e discussa la possibilità che Cd e solfocarenza modulino l’espressione dei trasportatori del solfato ad alta affinità di Brassica juncea attraverso segnali indipendenti e parzialmente sovrapponibili. La scelta di B. juncea come modello sperimentale risiede nella complessità del suo genoma; tale specie possiede infatti entrambi i corredi cromosomici (AANN; 2n=36) dei due progenitori ancestrali che l’hanno generata per incrocio interspecifico: B. campestris (AA; 2n=20) e B. nigra (NN; 2n=16). Precedenti lavori condotti da questo gruppo hanno evidenziato un accumulo di trascritto di BjST1;2 – un gene codificante per un trasportatore del solfato ad alta affinità espresso nelle radici di B. juncea – in risposta sia a Cd sia a solfocarenza. Per questo trasportatore sono state identificate tre diverse varianti geniche (a, b, c) derivanti dai due set cromosomici della specie, presenti ed espresse contemporaneamente in un unico individuo. La presenza di polimorfismi nelle loro sequenze permette di accoppiare l’uso di enzimi di restrizione alle tecniche di RT-PCR semiquantitativa, allo scopo di evidenziare eventuali comportamenti differenziali nell’attività di trascrizione delle tre varianti. In particolare, l’incremento nei livelli di trascritto di BjST1;2 in seguito a limitata disponibilità di solfato risulta imputabile a tutte e tre le varianti individuate; diversamente, l’esposizione a Cd determina l’accumulo di trascritto di due sole varianti (b e c). I risultati ottenuti evidenziano chiaramente che geni codificanti per lo stesso trasportatore rispondono in modo differenziale a Cd e solfocarenza, suggerendo l’esist enza di vie multisegnale a controllo dei processi di assunzione e assimilazione del solfato in condizioni di diverso stato nutrizionale. L’impiego di specie anfidiploidi negli studi di controllo trascrizionale del trasporto consente quindi di evidenziare eventuali vie multi-segnale di regolazione. La complessità del genoma di tali specie, soprattutto in relazione alla presenza di geni duplicati, consente infatti l’accumulo di mutazioni altrimenti eliminate dalla selezione naturale, che possono invece fornire preziose informazioni sui meccanismi di regolazione trascrizionale. Nel caso in esame la perdita della capacità della variante a di rispondere al Cd non compromette la risposta complessiva di BjST1;2 al metallo, che viene infatti garantita dalle varianti b e c.