I semi ereditano i ricordi dalla madre

Il controllo materno e ambientale della dormienza dei semi viene effettuato attraverso nuovi meccanismi epigenetici 

I semi rimangono in uno stato dormiente – un temporaneo blocco della loro germinazione – finché le condizioni ambientali non sono ideali per la germinazione. La profondità di questo sonno, che è influenzata da vari fattori, è ereditata dalla madre, come avevano precedentemente dimostrato i ricercatori dell’Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera. Oggi gli stessi ricercatori rivelano alla rivista eLife come questa impronta materna viene trasmessa attraverso piccoli frammenti di RNA cosiddetti “interferenti“, che inattivano determinati geni. I biologi rivelano anche che un meccanismo simile consente di trasmettere un’altra impronta, quella delle temperature presenti durante lo sviluppo del seme. Più bassa è questa temperatura, più alto sarà il livello di dormienza del seme. Questo meccanismo consente al seme di ottimizzare i tempi della sua germinazione. L’informazione viene quindi cancellata nell’embrione germogliato, in modo che la prossima generazione possa memorizzare nuovi dati sul proprio ambiente.

La dormienza è implementata durante lo sviluppo del seme dalla pianta madre. Questa proprietà consente ai semi di germogliare durante la stagione appropriata, per impedire che tutta la progenie di una pianta si sviluppi nello stesso luogo e competa per delle risorse limitate e per promuovere la dispersione delle piante. Anche i semi perdono la loro dormienza a tempi variabili. “Le sottospecie della stessa pianta possono avere diversi livelli di dormienza a seconda delle latitudini in cui vengono prodotti, e volevamo capire perché“, spiega Luis Lopez-Molina, professore presso il Dipartimento di botanica e biologia vegetale della Facoltà UNIGE di Scienza.

Il gene paterno è silenziato 

Come tutti gli organismi con riproduzione sessuale, il seme riceve due versioni di ciascun gene, un allele materno e uno paterno, che possono avere diversi livelli di espressione. I biologi dell’UNIGE hanno dimostrato nel 2016 che i livelli di dormienza di Arabidopsis thaliana, un organismo modello utilizzato nei laboratori, sono ereditati dalla madre. Infatti, nel seme, il livello di espressione di un gene che regola la dormienza chiamato allantoinasi (ALN) è lo stesso di quello dell’allele materno. Ciò implica che è l’allele materno di ALN che è principalmente espresso, a scapito dell’allele paterno.

Nel presente studio, i ricercatori mostrano che questa impronta materna è trasmessa da un meccanismo epigenetico, che influenza l’espressione di determinati geni senza alterarne la sequenza. L’allele paterno di ALN è ‘silenziato’ da modificazioni biochimiche chiamate metilazioni, che vengono effettuate nella regione del promotore del gene per inattivarlo.

Queste metilazioni sono esse stesse il risultato di un processo in cui sono coinvolti diversi complessi enzimatici e fattoriali, così come piccoli frammenti del cosiddetto RNA” interferente“. Questo è un esempio unico di impronta genomica, perché è fatto in assenza dell’enzima solitamente responsabile della metilazione”, afferma Mayumi Iwasaki, ricercatore del gruppo di Ginevra e primo autore dell’articolo.

L’impronta del freddo passato impedisce al seme di risvegliarsi 

Anche le condizioni ambientali presenti durante la formazione del seme lasciano il segno, poiché il livello di dormienza aumenta con il diminuire delle temperature. “Abbiamo scoperto che, in questo caso, entrambi gli alleli del gene ALN sono fortemente repressi nel seme, a causa di un meccanismo epigenetico simile, ma non tutti gli attori sono uguali a quelli che partecipano per silenziare l’allele paterno,” dice Luis Lopez-Molina.

Questa impronta del freddo consente al seme di conservare informazioni sulle temperature passate, al fine di includerle nella scelta del momento ottimale di germinazione. Dopo la germinazione, il gene ALN viene riattivato nell’embrione. La memoria del freddo verrà quindi cancellata, consentendo di reimpostare i contatori per la generazione successiva.

Studiare come i fattori materni e ambientali causino il risveglio dei semi dormienti è di fondamentale importanza per l’agricoltura, specialmente per prevenire la germinazione precoce in un ambiente soggetto ai cambiamenti climatici“, conclude MayumiIwasaki. Anche le quote ecologiche sono elevate, poiché l’aumento delle temperature potrebbe ridurre la dormienza della banca dei semi e quindi modificare la distribuzione delle specie vegetali in una determinata latitudine. Ciò avrebbe conseguenze multiple, sia dirette che indirette, per specie animali e vegetali autoctone.
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