Valutazione della nutrizione azotata attraverso l’impiego di marcatori basati sull’espressione genica in riso

L’esistenza di geni la cui espressione è modulata dalla disponibilità di nutrienti minerali o dallo stato nutrizionale delle piante suggerisce il loro possibile sfruttamento per lo sviluppo di strumenti di monitoraggio in tempo reale dello stato di nutrizione delle colture basati sul concetto di fusione genica in piante sentinella. In quest’ottica, un generico gene ad attività modulata dallo stato nutrizionale è idealmente costituito da una sequenza che ne controlla l’espressione, il “promotore”, e da una sequenza codificante che assume la funzione di “risponditore”. In un gene di fusione il risponditore viene sostituito con un gene reporter, in grado di evidenziare in modo semplice e direttamente misurabile l’attività del promotore, mettendo in risalto eventuali variazioni dello stato nutrizionale di una pianta senza ricorrere ad analisi distruttive. Attualmente sono infatti disponibili geni reporter codificanti per proteine fluorescenti che potrebbero trovare valide applicazioni in contesti di agricoltura di precisione, nonché strumenti portatili utili per la valutazione della fluorescenza in condizioni di pieno campo. Analisi integrate del trascrittoma di mais hanno permesso di individuare un gruppo di otto geni la cui espressione è modulata in modo quantitativo in funzione dello stato di nutrizione azotata delle piante (Yang et al. 2011. Plant Physiol 157:1841‐1852). Nel presente lavoro viene presentata e discussa un’analisi di espressione di sette geni ortologhi di riso, condotta su piante allevate fino a diversi stadi di crescita in presenza di diverse disponibilità di azoto e in diverse condizioni ambientali (soluzioni idroponiche e suolo artificiale). I principali risultati ottenuti hanno evidenziato che ciascun gene marcatore era soggetto a significative variazioni di espressione - intese come variazioni del livello di trascritto nei tessuti dei germogli - in funzione della concentrazione di azoto misurabile nelle porzioni aeree. In particolare il livello di trascritto dei geni LOC_Os03g62200, LOC_Os09g37710, LOC_Os08g38700, LOC_Os03g07570 e LOC_Os05g49240 diminuiva significativamente all’aumentare della concentrazione di azoto totale. Le dispersioni di tutte le misure effettuate nelle diverse condizioni di allevamento e nei diversi stadi di sviluppo potevano essere validamente descritte da una funzione lineare, nel caso di LOC_Os03g62200, o da funzioni di decadimento esponenziale [y = y0 + ae(-bx)], per i geni LOC_Os09g37710, LOC_Os08g38700, LOC_Os03g07570 e LOC_Os05g49240. Tale comportamento, simile a quello descritto per i relativi geni ortologhi in mais, suggerisce un possibile impiego di questi geni per lo sviluppo di marcatori della nutrizione azotata in riso. È inoltre interessante evidenziare che il comportamento dei geni marcatori risultava indipendente dalla fase di sviluppo delle piante e dalla condizione di allevamento utilizzata. Per i loci LOC_Os01g54340 e LOC_Os02g31030 non era invece possibile evidenziare alcuna relazione tra i livelli di trascritto e la concentrazione di azoto nei tessuti.