È noto che solo una piccola percentuale del genoma serve effettivamente a codificare e controllare la struttura di un organismo e le sue funzioni. Non solo. A seconda della posizione e della funzione di una cellula, i geni che vengono attivati sono diversi.
Per leggere i geni, l’enzima “RNA polimerasi” si attacca al DNA. Partendo da un punto specificato, legge una sezione definita della molecola ereditaria trasferendo l’informazione dal DNA a una molecola simile, l'”RNA messaggero” (mRNA). L’mRNA viene quindi a sua volta trasportato ai ribosomi, che producono proteine che possono diventare elementi costitutivi per la cellula o controllare determinate funzioni al suo interno.
I fattori di trascrizione svolgono un ruolo cruciale in questa lettura mirata dei geni. Queste proteine si legano al DNA e forniscono il segnale di partenza per la polimerasi. Poiché questi fattori di trascrizione spesso si accoppiano vicino (“cis”) al sito da leggere, i siti di legame sono anche chiamati “elementi cis”; l’insieme di tutti questi siti è il “cistroma”.
Fino ad ora, è stato estremamente difficile determinare il cistroma di un organismo: ogni fattore di trascrizione doveva essere esaminato separatamente utilizzando il cosiddetto metodo ChIP. Per una pianta di mais con circa 2.500 fattori di trascrizione, servivano altrettanti esperimenti per analizzare l’intero cistroma.
Ora un team di ricercatori della Florida State University di Tallahassee, USA, dell’Istituto di Fisiologia Molecolare dell’Università Heinrich Heine di Dusseldorf (HHU) e del Max Planck Institute for Plant Breeding Research ha sviluppato un metodo chiamato “MOA-seq” che può essere utilizzato per determinare l’intero cistroma in un unico esperimento, che è anche ad alta risoluzione.
In uno studio, pubblicato su PlosGenetics, “The native cistrome and sequence motif families of the maize ear” , il team ha descritto l’applicazione di questo nuovo metodo al cistroma di una pannocchia di mais sviluppata: per la prima volta, con una precisione paragonabile al metodo ChIP, sono stati in grado di determinare un cistroma di questa coltura e sono riusciti a raggiungere l’obiettivo più velocemente e con meno costi e materiali rispetto a quanto sarebbe stato possibile impiegando il metodo tradizionale.
Thomas Hartwig, che ha guidato la ricerca sulla “resa del raccolto nel mais” che lavora al Max Planck Institute di Colonia, ha affermato: “MOA-seq trova in modo affidabile i siti di legame dei fattori di trascrizione attivi nel genoma che attivano o disattivano i geni. Il metodo ha applicazioni molto diverse, ad esempio, nell’assegnazione di mutazioni che alterano gli elementi cis e quindi l’espressione genica e i tratti controllati”.
Wolf B. Frommer, Ph.D., capo dell’Istituto di fisiologia molecolare dell’HHU, ha aggiunto: “Con un’assegnazione accurata di base delle variazioni per arrivare ad avere specifiche caratteristiche, come la resa o la resistenza alla siccità, ora il breeding potrebbe essere più efficiente e veloce.”.
Il metodo di sequenziamento MOA (“MOA-seq”) è anche la base di un progetto su larga scala condotto del gruppo del Dr. Hartwig per caratterizzare il cistroma coinvolto nella resistenza alla siccità nel mais e in altre colture. Per questo è stato creato anche un consorzio internazionale denominato “FIND-CIS”, che è stato finanziato anche dalla German Research Foundation (DFG).