Il gene di riso Oszs ha un impatto sulla morfogenesi delle radici e sulla colonizzazione micorrizica

Gli strigolattoni (SLs) sono una classe di fitormoni prodotti a partire da carotenoidi. Come ormoni vegetali, gli SLs regolano diversi aspetti dello sviluppo e della crescita della pianta tra cui la ramificazione del fusto e l'architettura dell'apparato radicale. Inoltre, nella rizosfera rivestono importanti ruoli ecologici: da una parte stimolano la germinazione dei semi di piante parassite, e dall'altra promuovono l'istaurarsi della simbiosi micorrizica arbuscolare (AM) attraverso la stimolazione della ramificazione delle ife fungine. Da un'analisi di trascrittomica condotta su diversi tipi radicali della radice di riso è emerso che un gene annotato come OsCCD8b risultasse fortemente indotto nelle radici micorrizate. Al contrario di CCD8a/D10, il ruolo enzimatico di CCD8b è attualmente sconosciuto. Grazie a un lavoro di collaborazione tra il gruppo di Torino e il gruppo del Prof. Salim Al-Babili (Kaust University), si è isolato in riso il mutante del gene OsCCD8b (chiamato oszs) e si è caratterizzato il prodotto enzimatico di Oszs: lo zaxinone. Le analisi morfometriche hanno evidenziato come la mutazione di Oszs abbia un impatto sull'apparato radicale di riso. Come atteso, nell'apparato radicale del mutante oszs si registra un contenuto più basso di zaxinone e sorprendentemente un aumento della quantità di SLs. Il trattamento con zaxinone riporta il mutante al fenotipo della pianta WT. L'obiettivo del mio lavoro di tesi è stato quello di caratterizzare il ruolo di Oszs e l'impatto dello zaxinone sulla simbiosi AM e -in caso positivo- di verificare se il trattamento con zaxinone potesse ripristinare il fenotipo micorrizico WT nel mutante. In primo luogo si è osservato che nel mutante il successo della colonizzazione diminuisce in modo significativo. Attraverso un esperimento di time-corse si è dimostrato che in piante WT micorrizate il gene risulta essere fortemente indotto in due fasi distinte: nella fase pre-simbiotica e nella fase matura e funzionale della simbiosi. Al fine di valutare l'effetto dello zaxinone sulla simbiosi AM, le piante di entrambe i genotipi (WT e oszs) sono state trattate con zaxinone a diverse concentrazioni (5µM; 0,5µM; 50nM). Le due concentrazioni di zaxinone più elevate inducevano un forte decremento della micorrizazione nelle piante WT, mentre nessuna delle concentrazioni utilizzate ha permesso di ripristinare il fenotipo micorrizico WT nel mutante. L'abbassamento del livello di micorrizazione nel WT può essere dovuto ad un cross-talk negativo tra SLs e zaxinone: infatti, risultati precedenti hanno mostrato come il trattamento con zaxinone induca una drastica down-regolazione dei geni per la biosintesi di SLs in piante WT e oszs. Con lo scopo di somministrare al mutante una concentrazione fisiologica di zaxinone, è stato allestito un esperimento definito ¿donor plants¿ in cui due piante mutanti oszs, dette tester, sono cresciute circondate da sei piante WT, dette donatrici. In queste condizioni si osserva un parziale ripristino del fenotipo micorrizico di oszs. Questo risultato permette di ipotizzare che il rilascio di zaxinone da parte delle piante WT possa essere percepito da uno o entrambi i partner, promuovendo la simbiosi. Tuttavia è ancora da chiarire se il fenotipo micorrizico del mutante e l'effetto della molecola siano legati ad un effetto diretto o indiretto. Alla luce di queste considerazioni sarà necessario effettuare ulteriori analisi.

Strigolactones (SLs) are carotenoid-derived plant hormones which modulate multiple aspects of plants growth and development. SLs play also important ecological roles: one negative, promoting the germination of seed of parasitic plants; and one positive, mediating the establishment of the AM symbiosis by stimulating the branching of the fungal hyphae. Recent discoveries supported that other molecules, besides SLs, are involved in the dialogue between the plant and fungus. A transcriptomic analysis performed on rice root apparatus highlighted that the gene, OsCCD8b, is strongly induced in mycorrhizal roots. Thanks to a collaboration between the University of Turin and the KAUST University (Jedda, Saudi Arabia), the rice mutant of OsCCD8b, called oszs, was isolated and the enzymatic product of Oszs, zaxinone, was characterized. Previous results described for the first time the oszs mutant phenotype and the effect of zaxinone molecule on the plant architecture,highlighting that the mutation of Oszs had an impact on the rice root apparatus. As expected, oszs roots displayed a lower content of zaxinone and surprisingly a higher level of SLs compared to WT roots. Zaxinone treatment partially restored the plant architecture phenotype in oszs and induced a growth effect in WT plants. The aim of my thesis was to characterize the impact of Oszs mutation on AM symbiosis and - if so- to examine whether zaxinone treatment could restore the WT mycorrhizal phenotype in the mutant. First it was demonstrated that the level of mycorrhization decreased significantly in oszs mutant. Through the time course experiment it was highlighted that, in mycorrhizal WT plants, the gene Oszs was strongly induced in two different phases: during the pre-symbiotic phase and during the late stage, suggesting a functional role of this gene in the colonization process. To evaluate the zaxinone effect on the AM symbiosis, plants of both genotypes (WT and oszs) were treated with different zaxinone concentration (5µM; 0,5µM; 50nM). Surprisingly, higher concentration of zaxinone led to a strong decrease of mycorrhization level in WT plants, while all concentrations used did not restore the oszs mycorrhizal phenotype. This unexpected results observed in WT plants could be justify by the presence of a negative cross-talk between SLs and zaxinone. For these reasons it was set up a donor plant experiment which allowed to supply the WT and mutant plants with a physiological concentration of zaxinone. It was observed that oszs mutants grown surrounded by WT displayed a partial restore of the mycorrhizal phenotype, and this probably happened because donor plants released zaxinone that might be perceive by both partners promoting the symbiosis. Further analysis will be also needed to evaluate the direct impact of zaxinone on AM fungi during its pre-symbiotic phase, and to quantify SLs and zaxinone content inside the WT and oszs mycorrhizal roots.