Time-course del profilo metabolico e proteomico in radici e foglie di mais in risposta a diverse disponibilità di nitrato e ammonio

Nei suoli agrari, le piante utilizzano prevalentemente l’azoto (N) sotto forma di nitrato (NO3-) e ammonio (NH4+). L’utilizzo dell’N richiede una stretta coordinazione del metabolismo radicale e fogliare, per adeguare sia i sistemi di assorbimento e assimilazione, sia il metabolismo del carbonio, necessario per fornire scheletri carboniosi, potere riducente ed energia. Inoltre, l’utilizzo da parte delle piante di NO3- e NH4+ richiede risposte diversificate. Infatti, se da un lato l’assimilazione del NO3- necessita anche la fase di riduzione, dall’altro, l’NH4+ è direttamente assimilabile, ma concentrazioni eccessive possono provocare squilibri metabolici. Infine, un’osservazione interessante è che la crescita di molte piante è favorita dalla presenza contemporanea di entrambi i nutrienti. Questa ricerca si pone l’obiettivo di ampliare le conoscenze biochimiche riguardo le risposte delle piante a NO3- e NH4+ e le influenze reciproche fra i due nutrienti. In particolare, lo studio è rivolto alla descrizione delle variazioni nel tempo dei profili metabolici e proteomici in radici e foglie di mais (Zea mays L.). Le piante di mais, allevate in coltura idroponica per 8 giorni, sono state esposte a diverse condizioni: alta disponibilità di NO3- (5 mM), alta disponibilità di NH4+ (5 mM) e presenza contemporanea dei due nutrienti (NO3- 2.5 mM, NH4+ 2.5 mM). Foglie e radici sono state collezionate dopo 6h, 30h, e 54h ed utilizzate per l’analisi dei livelli dei principali metaboliti e per analisi proteomiche ad ampio spettro. Le analisi della biomassa delle piante, delle concentrazioni di NO3- e NH4+ nei due organi, così come degli zuccheri riducenti, saccarosio e amminoacidi, hanno confermato l’efficacia del trattamento e l’induzione dei processi assimilativi. Inoltre, i dati ottenuti hanno suggerito l’instaurarsi di meccanismi di controllo dell’omeostasi dei due nutrienti ed evidenziato assetti metabolici diversificati in funzione delle condizioni di allevamento. L’analisi proteomica dei campioni fogliari e radicali è stata condotta con recenti approcci di spettrometria di massa, che permettono la contemporanea quantificazione relativa di centinaia di proteine. L’analisi ha confermato come i diversi assetti metabolici siano associabili a variazioni di specifiche proteine, con andamenti distinti fra radici e foglie. Ad esempio, a livello radicale sono risultati diversamente regolati enzimi coinvolti nell’assimilazione dell’N, nel metabolismo amminoacidico e proteico, nell’omeostasi redox. Nelle foglie, è stato altresì possibile osservare risposte inerenti al metabolismo del carbonio, alla funzionalità fotosintetica e alla risposta a stress abiotico. Nel complesso, lo studio aggiunge nuove informazioni sulle risposte biochimiche, e sulla loro dinamica, alla disponibilità e alla forma di nutriente azotato in piante di mais.