Caratterizzazione del ruolo di geni carotenoid cleavege dioxygenase nell'architettura della pianta di riso e nella simbiosi micorrizica arbuscolare ​

I carotenoidi sono pigmenti lipofilici isoprenoidi essenziali per le piante, dato il loro coinvolgimento nel processo fotosintetico, nella fotoprotezione, nonché nella sintesi di fitormoni. Questi metaboliti sono particolarmente suscettibili ai processi di ossidazione e sono pertanto precursori di un gran numero di composti biologicamente importanti, generalmente chiamati apocarotenoidi. Gli apocarotenoidi agiscono come precursori di alcuni fitormoni, quali strigolattoni (SLs) e acido abscissico (ABA), meglio noti per il loro ruolo nell'adattamento dell'architettura vegetale alla disponibilità nutritiva del suolo e nella risposta allo stress abiotico, rispettivamente. Altri agiscono come molecole di segnalazione regolando la risposta cellulare allo stress ossidativo o la crescita delle piante. Inoltre, studi più recenti indicano gli apocarotenoidi come molecole chiave per l’interazione delle piante con altri organismi, in particolare rivestono un ruolo importante nella simbiosi micorrizica arbuscolare (AM), un’associazione mutualistica molto diffusa nel regno vegetale. La sintesi degli apocarotenoidi può essere scatenata dall’ossidazione non enzimatica dei carotenoidi oppure, nella maggior parte dei casi, catalizzata da una famiglia evolutivamente conservata di enzimi: CCOs (carotenoid cleavage oxygenases). Nelle piante gli enzimi CCOs si ritrovano maggiormente come CCDs (carotenoid cleavage dioxygenases). Recentemente è stata scoperta una nuova sottofamiglia di CCDs (ZAS) che rappresenta un sesto gruppo comunemente presente nel regno vegetale. Ad oggi sono state caratterizzate le funzioni e il prodotto di un gene appartenente a questa sottofamiglia, zaxinone synthases 1 (Zas1), che risulta essere coinvolto nella produzione di un nuovo apocarotenoide: zaxinone. È stato dimostrato come zaxinone sia in grado di regolare la crescita e lo sviluppo di riso, il processo di micorrizazione e di ridurre il livello di SLs nei tessuti e nell’essudato radicale. In merito ad altri geni facenti parte di questa nuova sottofamiglia non vi sono informazioni, né per quanto riguarda il loro prodotto genico né il loro ruolo in planta o nella simbiosi micorrizica arbuscolare. In questo contesto, l’obiettivo di questo progetto di Tesi è stato quello di iniziare una prima caratterizzazione del ruolo dei geni OsZas2, OsZas3, e OsZas4. In particolar modo, sono state effettuate i) un’analisi dell’espressione genica dei geni OsZas (1 - 4) in piante wild-type micorrizate e non, e un’analisi ii) fenotipica, iii) molecolare e iv) morfologica di mutanti loss-of-function oszas (1 - 4) in presenza o assenza di simbiosi AM. Queste analisi hanno permesso di studiare il coinvolgimento dei suddetti geni nell’architettura della pianta di riso e nella formazione e sviluppo della simbiosi AM. I risultati ottenuti indicano come i geni OsZas siano coinvolti nella crescita e nello sviluppo della pianta di riso e anche nella sua capacità di instaurare la simbiosi AM. In particolar modo, i geni OsZas3 e OsZas4 sembrano essere maggiormente coinvolti in questi processi. Sarà interessante proseguire questo progetto di ricerca tramite la quantificazione di SLs, zaxinone e altri apocarotenoidi nei mutanti oszas al fine di comprendere le eventuali differenze rispetto a piante WT. Inoltre, attraverso saggi enzimatici in vitro sarà possibile identificare l’attività enzimatica dei geni OsZas con l’obiettivo di ricercare nuovi metaboliti potenzialmente utili nel settore agrobiotecnologico.