I ricercatori identificano i peptidi per la crescita dei tubi pollinici nel riso

Jul 11, 2023

10 agosto 2023

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dall'Università Nazionale di Pusan

La doppia fecondazione è un meccanismo complesso nelle piante da fiore, in cui due spermatozoi si fondono con il sacco embrionale. Per raggiungere questo obiettivo, i pollini rilasciati dalle antere devono interagire con lo stigma della pianta, idratarsi e germinare nei tubi pollinici. Pertanto, la germinazione e l’allungamento dei tubi pollinici sono cruciali per la doppia fecondazione, che, a sua volta, influenza la resa in granella delle piante coltivate.

Il processo di fecondazione richiede ormoni peptidici chiamati fattori di alcalinizzazione rapida (RALF), che sono coinvolti nella trasduzione del segnale. Gli studi hanno dimostrato che i RALF svolgono un ruolo importante nella crescita del tubo pollinico. Tuttavia, il loro ruolo nelle piante monocotiledoni come il riso rimane inesplorato.

Ora, un team di ricercatori coreani, guidato dal professore assistente Yu-Jin Kim del Dipartimento di scienze della vita e biochimica ambientale dell'Università nazionale di Pusan, tra cui lo studente Ph. D. Eui-Jung Kim dell'Università Kyung Hee, ha identificato e caratterizzato due peptidi RALF nel riso (Oryza sativa). La loro ricerca è stata resa disponibile online sul Journal of Integrative Plant Biology.

Il team ha analizzato le sequenze proteiche dal database del Rice Genome Annotation Project e ha identificato 41 geni RALF. Tra questi, OsRALF17 e OsRALF19 sono stati espressi in quantità elevate nel polline e specificamente nei tubi pollinici. I ricercatori hanno caratterizzato i loro peptidi corrispondenti utilizzando più ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate (CRISPR)/sistema della proteina 9 (Cas9) associata a CRISPR.

Hanno generato mutanti knockout in cui uno o entrambi i geni RALF specifici del polline non erano espressi. La mancanza di espressione di OsRALF17 e OsRALF19 ha causato una sterilità maschile quasi totale nel riso con difetti nell'idratazione del polline, nella germinazione e nella crescita dei tubi, indicando la loro importanza critica nella riproduzione maschile e nella produzione di semi. È interessante notare che, quando i peptidi sintetici OsRALF17 e OsRALF19 sono stati applicati in modo esogeno ai mutanti knockout, hanno invertito alcuni dei loro difetti di fertilità.

Spiegando le applicazioni nella vita reale dei RALF, il dottor Kim afferma: "I peptidi RALF possono controllare la fecondazione nelle piante agendo come ormoni chimici naturali e biocontrollori".

Per testare il potenziale degli OsRALF esogeni come biocontrollori, il team ha aggiunto i due peptidi a basse concentrazioni a normali piante di riso, il che ha migliorato l'allungamento del tubo pollinico. Inoltre, l’effetto sembrava essere dose-dipendente perché gli OsRALF inibivano la germinazione e la crescita dei tubi pollinici a concentrazioni più elevate. Pertanto, gli OsRALF potrebbero controllare l'equilibrio della crescita del tubo.

Infine, i ricercatori hanno condotto esperimenti di trascrittomica e proteomica per comprendere il meccanismo d'azione di OsRALF17 e OsRALF19. Hanno scoperto che entrambi i peptidi si legano a un recettore proteico chiamato Oryza sativa Male-Gene Transfer Difettoso 2 (OsMTD2) e trasmettono segnali tramite specie reattive dell’ossigeno, che facilitano la germinazione del tubo pollinico e mantengono l’integrità nel riso.

Questo studio fornisce nuove informazioni sul ruolo dei RALF e dell’OsMTD2 nella fertilizzazione delle piante di riso, con potenziali benefici per l’agricoltura. "Il riso è una delle colture alimentari più importanti e il cambiamento climatico globale necessita di nuove risorse genetiche e di nuove cultivar per una migliore produzione agricola. Poiché lo sviluppo di nuove cultivar richiede linee maschili sterili, il controllo della fertilità maschile tramite peptidi RALF o linee mutanti RALF potrebbe essere utile per selezione delle colture. Inoltre, le risorse genetiche utili del riso potrebbero essere applicate ad altre piante coltivate", conclude il dottor Kim.