Sostenibilità: scoperto come rendere piante resistenti a clima

Nonostante le loro differenze funzionali, entrambi gli enzimi fanno parte della stessa famiglia di cromometilasi (CMT), che si è evoluta attraverso eventi di duplicazione che forniscono alle piante copie aggiuntive di informazioni genetiche. Utilizzando una pianta modello comune chiamata Arabidopsis thaliana Zhong e il suo team hanno studiato come questi enzimi duplicati abbiano sviluppato funzioni diverse nel tempo. Hanno scoperto che da qualche parte lungo la linea temporale evolutiva, CMT2 ha perso la sua capacità di metilare le sequenze CHG. Questo perché manca un importante amminoacido chiamato arginina. “L’arginina è speciale perché ha una carica”, ha affermato Jia Gwee , studente laureato in biologia e co-primo autore dello studio. “In una cellula, è carica positivamente e quindi può formare legami idrogeno o altre interazioni chimiche con, ad esempio, il DNA caricato negativamente”. Tuttavia, la CMT2 ha un amminoacido diverso, la valina. “La valina non è carica, quindi non è in grado di riconoscere il contesto CHG come la CMT3. Questo è ciò che pensiamo contribuisca alle differenze tra i due enzimi”, ha affermato Gwee, vincitore del Dean’s Award for Graduate Research Excellence in Arts & Sciences. Per confermare questo cambiamento evolutivo, il laboratorio di Zhong ha utilizzato una mutazione per riportare l’arginina in CMT2. Come previsto, CMT2 è stato in grado di eseguire sia la metilazione CHG che CHH. Ciò suggerisce che CMT2 fosse originariamente un duplicato di CMT3, un sistema di backup per aiutare ad alleggerire il carico man mano che il DNA diventava più complesso: “Ma invece di copiare semplicemente la funzione originale, ha sviluppato qualcosa di nuovo”, ha spiegato Zhong. Questa ricerca ha anche fornito spunti sulla struttura unica di CMT2. L’enzima ha un N-terminale lungo e flessibile che controlla la propria stabilità proteica. “Questo è uno dei modi in cui le piante si sono evolute per la stabilità del genoma e per combattere gli stress ambientali”, ha affermato Zhong. Questa caratteristica potrebbe spiegare perché CMT2 si è evoluto in piante che crescono in una così ampia varietà di condizioni in tutto il mondo e permettere di migliorare la resistenza climatica delle altre piante. Un meccanismo di duplicazione genetica, appena scoperto, fornisce alle piante diversi modi per ignorare le istruzioni codificate nel loro DNA, aprendo le porte allo sviluppo di vegetali resistenti al cambiamento climatico. E’ quanto emerge da uno studio guidato dalla Washington University di St. Louis e pubblicato su Science Advances. La nuova ricerca si concentra sulla metilazione del DNA, un normale processo biologico nelle cellule viventi in cui piccoli gruppi chimici chiamati gruppi metilici vengono aggiunti al DNA. Questa attività controlla quali geni vengono attivati e disattivati, il che a sua volta influenza diversi tratti, tra cui il modo in cui gli organismi rispondono ai loro ambienti. L’intero processo è regolato da enzimi, ma mammiferi e piante hanno sviluppato enzimi diversi per aggiungere gruppi metilici. “I mammiferi hanno solo due enzimi principali che aggiungono gruppi metilici in un contesto di DNA, ma le piante hanno in realtà più enzimi che lo fanno in tre contesti di DNA”, ha affermato Xuehua Zhong , professore di biologia e autore dello studio “Questo è il focus del nostro studio. La domanda è: perché le piante hanno bisogno di enzimi di metilazione extra?” Guardando al futuro, la ricerca di Zhong potrebbe aprire la strada a innovazioni in agricoltura migliorando la resilienza delle colture. “Alcuni geni o combinazioni di geni contribuiscono a determinate caratteristiche o tratti”, ha spiegato Zhong. “Se scopriamo esattamente come vengono regolati, allora possiamo trovare un modo per innovare la nostra tecnologia per il miglioramento delle colture”. Il nuovo studio è incentrato su due enzimi specificamente presenti nelle piante: CMT3 e CMT2. Entrambi gli enzimi sono responsabili dell’aggiunta di gruppi metilici al DNA, ma CMT3 è specializzato nelle parti del DNA chiamate sequenze CHG, mentre CMT2 è specializzato in parti diverse chiamate sequenze CHH.(AGI)