La vita delle piante e le dinamiche delle loro reazioni ai cambiamenti climatici continuano ad essere oggetto di studi e sono ancora avvolte da molti misteri. Lo conferma un articolo pubblicato lo scorso gennaio su Nature Communications che svela un nuovo segreto.
Un gruppo di biologi cellulari guidato da Meng Chen, professore di botanica e scienze delle piante all’Università della California, a Riverside, ha scoperto che la molecola del fitocromo B si comporta in modo diverso a seconda della temperatura e del tipo di luce, influendo sulla crescita delle piante e controllandone i tempi di fioritura. Come questo si verifichi non è ancora chiaro.
I fitocromi sono proteine che fungono da fotorecettori nelle piante, riconoscono due distinte lunghezze d’onda, il rosso e il rosso-lontano. Passano tra forme attive e inattive come un interruttore binario controllato da luce e temperatura. Alla luce diretta del sole, i fitocromi si accendono, assorbendo la luce rosso-lontano. Questa forma attiva inibisce l’allungamento dello stelo, che limita la crescita delle piante alte alla luce diretta del sole. In ombra i fitocromi sono meno attivi, assorbono il rosso. Questa forma “off” inibisce questo meccanismo quindi le piante crescono più alte all’ombra per competere con altre piante per più luce solare.
All’interno della cellula, la luce fa fondere i fitocromi “on” in unità chiamate fotobodies (foto corpuscoli) all’interno del nucleo cellulare. Quando il fitocromo B è spento, risiede al di fuori del nucleo cellulare. Si muove all’interno del nucleo quando è “acceso” e cambia l’espressione dei geni e dei modelli di crescita. I cambiamenti di luce alterano le dimensioni e il numero di tutti i “foci”, i raggruppamenti di questi corpuscoli.
Il gruppo di Chen ha esaminato il comportamento delle cellule esposte a diverse temperature e condizioni di luce analizzando le foglie e gli steli di Arabidopsis thaliana, una pianta comunemente usata negli studi di botanica. L’obiettivo era monitorare come i corpi fotoelettrici cambiano in risposta alla temperatura.
I ricercatori si aspettavano che un aumento della temperatura avrebbe avuto un effetto simile all’ombra e che avrebbe dunque spento i fitocromi, facendo scomparire i foto corpuscoli, come per effetto dell’ombra. Ma i risultati sono stati inaspettati.
L’aumento della temperatura non ha fatto sparire tutti foto corpuscoli contemporaneamente, ma specifici corpi fotoelettrici sono scomparsi in particolari intervalli di temperatura. L’aumento della temperatura ha ridotto in modo incrementale il numero di foto corpuscoli man mano che scomparivano selettivamente.
“Abbiamo scoperto che un sottoinsieme di corpi fotoelettrici termostabili può persistere anche a temperature calde”, ha detto Chen. “Il resto dei foto corpuscoli scomparirebbe ad ogni stadio di temperatura più bassa. Prima pensavamo che tutti i foto corpuscoli fossero gli stessi, ma ora sappiamo che sono tutti diversi.”
Il meccanismo che li fa scomparire selettivamente deve essere diverso dal meccanismo che li fa scomparire all’ombra. Ciò suggerisce che i singoli corpi fotoelettrici potrebbero essere sensori per specifici intervalli di temperatura.
Lo studio ha anche mostrato che il fitocromo B reagisce alla temperatura da due diverse posizioni sulla molecola. La prima rileva la temperatura; la seconda forma i foto corpuscoli. I corpuscoli formati da questa seconda posizione sono insensibili alla temperatura. Questo dimostra che la luce e la temperatura sono rilevate dalla stessa parte della molecola ma hanno comportamenti diversi.
“I foto corpuscoli sono complessi proteici grandi e dinamici. E secondo i nostri studi, ognuno di essi potrebbe avere una composizione diversa “, ha detto Chen. “Quello che pensiamo è che la composizione unica dei singoli corpi fotoelettrici li induca a reagire alla temperatura in modo diverso. Studi futuri sulla comprensione delle caratteristiche uniche di ciascun foto corpuscolo potranno aiutarci a identificare probabilmente i meccanismi sottostanti del rilevamento della temperatura e la regolazione dell’espressione genica sensibile alla temperatura nelle piante.”
Oltre ad aiutare a sviluppare piante più resistenti agli effetti del riscaldamento globale, queste ricerche potrebbero aiutare anche altri scienziati a conoscere meglio il cancro negli animali. Anche le proteine nelle cellule animali formano dei cosiddetti foci legati in qualche modo al cancro, ma il loro ruolo nell’espressione e nella regolazione genica è sconosciuto.