Ricercatori scoprono la chiave del mistero molecolare su come le piante rispondono alle condizioni mutevoli.

6 febbraio 2024

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di Daegan Miller, Università del Massachusetts Amherst

I ricercatori dell’Università del Massachusetts Amherst hanno recentemente presentato uno studio fondamentale che affronta una questione biologica cruciale: come un organismo avvia un ampio spettro di processi cellulari in risposta a un cambiamento interno o esterno per prosperare durante i periodi favorevoli e resistere durante i periodi avversi?

Lo studio, incentrato sulle piante e pubblicato sulla rivista Cell, rivela le interazioni tra quattro composti: la pectina, le proteine ​​recettrici FERONIA e LLG1 e il peptide segnale RALF. I ricercatori hanno scoperto in particolare che un processo di condensazione molecolare, noto come separazione di fase liquido-liquido, che avviene tra la pectina e il RALF all'interfaccia della parete cellulare-membrana cellulare, orchestra il modo in cui uno stimolo attiva vari processi cellulari. Di conseguenza, la pianta avvia una risposta benefica.

Alice Cheung, eminente professoressa di biochimica e biologia molecolare all'UMass Amherst e autrice principale dell'articolo, spiega che "i biologi spesso operano in modo lineare: osserviamo un input di stimolo e quindi seguiamo una risposta specifica lungo un percorso cellulare previsto responsabile di quella reazione. Tuttavia, le cellule gestiscono numerosi percorsi, continuamente mantenuti e sincronizzati.'

Insieme a Hen-Ming Wu, suo collaboratore di lunga data e co-autore principale dello studio, Cheung ha a lungo affrontato il tema dello stimolo e della risposta da quando ha identificato nel 2010 e nel 2015 che la coppia di recettori FERIONIA-LLG1 è un modello ideale per scoprire questo complesso enigma. Il recettore FERONIA-LLG1 influenza in modo significativo tutti gli aspetti della vita vegetale: dalla crescita delle piantine alla maturità e riproduzione, alla perseveranza attraverso varie sfide come malattie e climi estremi.

Cheung sottolinea che "questo studio non sarebbe stato possibile senza il lavoro collettivo di colleghi più giovani e co-primi autori dell'articolo, il postdoc James Ming-Che Liu e la studentessa laureata Jessica Fang-Ling Yeh, e uno studioso di biologia molecolare e cellulare recentemente laureato dottorato di ricerca in biologia studente, Robert Yvon."

Il team ha avviato lo studio esplorando il modo in cui il segnale RALF (o ligando) influenza il recettore FERIONIA-LLG1 nella membrana cellulare. Hanno osservato risultati insoliti: la cellula non ha semplicemente interiorizzato FERONIA-LLG1, un processo chiamato endocitosi che tipicamente segue, ma sono state colpite tutte le molecole della membrana cellulare testate. Inoltre, il ligando RALF è rimasto all'esterno della cellula, all'interno di una matrice extracellulare ricca di pectina o della parete cellulare, in contrasto con la tipica interazione ligando-recettore.

Il team ha continuato a studiare le interazioni biochimiche e biofisiche tra le quattro molecole, come queste interazioni influenzavano il loro comportamento a livello cellulare e il loro effetto sulle risposte fisiologiche delle piante che incontravano due frequenti fattori di stress ambientale: aumento della temperatura e della salinità.

I risultati offrono la prima visione del meccanismo con cui le cellule vegetali armonizzano vari percorsi in risposta a un singolo segnale di stress per aumentare la resilienza e garantire la sopravvivenza. Lo studio dimostra anche per la prima volta come la separazione di fase all’interfaccia parete cellulare-membrana cellulare, dove una cellula vegetale rileva e risponde agli stimoli esterni, influisce in modo significativo su una risposta cellulare collettiva.

Cheung afferma che "sarebbe stato impossibile portare a termine il lavoro senza le strutture fornite dall'Istituto di scienze della vita applicate e il contributo di James Chambers, direttore del Light Microscopy Core e coautore di questo articolo".

Per gentile concessione dell'Università del Massachusetts Amherst