Ecosistemi, Biodiversità e Comportamento animale

Piante e funghi: all’origine di una simbiosi utile e antica

Fin dalla loro comparsa sulle terre emerse, le piante hanno ospitato funghi simbionti nelle cellule delle proprie radici attraverso la riprogrammazione di alcuni processi legati alla divisione cellulare. Capire questi processi potrebbe portare a sviluppare un’agricoltura più efficiente e sostenibile

Circa 450 milioni di anni fa le prime piante colonizzarono le terre emerse grazie all’aiuto di funghi del suolo con i quali instaurarono una simbiosi, detta micorrizica arbuscolare, che sussiste tuttora e che, con ogni probabilità, ha contribuito a plasmare il mondo vegetale come lo conosciamo oggi. Questa simbiosi interessa infatti circa il 90% delle piante attuali, a cui consente un accesso privilegiato ai nutrienti minerali e all’acqua presenti nel suolo: le sottili ife del micelio fungino – filamenti legati alle radici – costituiscono una vera e propria estensione del sistema radicale che esplora e sfrutta un volume di suolo altrimenti non raggiungibile dalle sole radici.
Al cuore di questa interazione si trova l’arbuscolo, una struttura fortemente ramificata che il fungo sviluppa all’interno delle singole cellule della radice. Le cellule ospiti restano vive e attive e ricompensano il fungo simbionte con gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi.

Dal punto di vista evolutivo e cellulare è estremamente interessante capire come una cellula vegetale differenziata possa andare incontro a una completa ristrutturazione del proprio citoplasma per ospitare l’arbuscolo. Comprendere questi meccanismi può inoltre avere delle ricadute applicative importanti, consentendo di migliorare lo status simbiotico delle piante agricole, in un’ottica di sostenibilità e aumento della produzione in risposta alla crescita demografica globale.
Il progetto ReProgrAM ha affrontato questi interrogativi identificando importanti analogie tra i meccanismi legati alla divisione cellulare e quelli che accompagnano l’ingresso del fungo simbionte nella cellula ospite. Si tratta infatti di due imponenti processi esocitotici nei quali la fusione di vescicole secretorie costruisce un nuovo compartimento cellulare: la parete che separerà le due cellule figlie, in un caso; l’interfaccia simbiotica in cui è racchiuso l’arbuscolo, nell’altro.

I nostri risultati hanno dimostrato che gli stessi marker molecolari e cellulari caratteristici della divisione cellulare vengono espressi e si localizzano nelle cellule interessate dalla simbiosi. I processi esocitotici legati alla divisione cellulare sembrano quindi essere sfruttati dalle piante per generare questo nuovo compartimento specializzato, oggi come milioni di anni fa, quando per la prima volta alcune piante primordiali svilupparono la capacità unica di aprire le proprie cellule a un altro eucariote.
L’attività di ReProgrAM ha portato alla presentazione di un progetto ERC, che è arrivato alla seconda fase di selezione. Da questa ricerca sono inoltre nate le linee che il nostro gruppo sta attualmente approfondendo e si sono sviluppate numerose collaborazioni internazionali tuttora in atto.


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autore

Andrea Genre
Dipartimento

Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi
Pubblicato il

29 Dicembre 2016

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