Un meccanismo complesso simile all’orologio biologico identificato nel regno animale, che è valso il Nobel per la medicina nel 2017, è stato individuato anche nelle piante. Lo studio su Genome Biology

Anche le piante hanno un orologio. Biologico, s’intende. A scoprirlo, e determinarne le caratteristiche, è stata l’equipe di Dorothee Staiger, ricercatrice all’Università di Bielefield, che in uno studio appena pubblicato sulla rivista Genome Biology ha scoperto la presenza di un orologio biologico nella specie Arabidopsis Thaliana. L’orologio biologico potrebbe essere paragonato ad una sorta di “sveglia”, interna agli esseri viventi, che consente l’adattamento all’orologio astronomico responsabile del movimento dei pianeti e dell’alternanza giorno-notte. La sua identificazione nel regno animale è stata premiata con il Nobel per la medicina nel 2017 assegnato a Jeffrey Hall, Michael Rosbash e Michael Young.

Dal punto di vista biochimico, l’orologio biologico è un congegno straordinario, che funziona grazie a singoli geni dai quali vengono trascritte molecole messaggere (mRna) responsabili della produzione di proteine che, a loro volta, hanno il compito di modificare la fisiologia degli organismi viventi adattandola all’ambiente. Negli esseri umani, per esempio, con il buio della notte viene stimolata la produzione della melatonina, un ormone che, fra gli altri, ha il compito di indurre il sonno. Nelle piante, invece, la luce del sole stimola la fotosintesi clorofilliana e l’apertura dei fiori che servono alla riproduzione.

Arabidopsis Thaliana

Più in particolare, le proteine-orologio attivano e disattivano i propri geni grazie a un sistema di autoregolazione che dipende dalle concentrazioni delle proteine stesse. Quando la concentrazione di una proteina è massima trasmette un segnale (detto di feedback negativo) al proprio gene che smette di sintetizzarla. La proteina in eccesso comincia a legarsi ai suoi Rna messaggeri degradandoli e riducendo così la propria sintesi: questo processo metabolico riduce la quantità della proteina e quando la sua concentrazione si abbassa non lega più i messaggeri così la sintesi proteica è nuovamente stimolata. Questo meccanismo dura circa ventiquattro ore, è ciclico e automatico esattamente come quello di un orologio di precisione.

Il team di Staiger si è spinto oltre, indagando i meccanismi molecolari alla base dell’orologio nelle piante. Nello studio appena pubblicato, i ricercatori hanno identificato una proteina, chiamata AtGRP7, che si comporta come una tipica proteina-orologio, autoregolando la sua produzione nelle ventiquattro ore, ma ha una particolarità: è in grado di regolare non solo la propria produzione ma anche la produzione di altre proteine dell’orologio principale. Una sorta di orologio ausiliario, insomma, che ha la capacità di legare e degradare i propri mRna e anche i messaggeri di altre proteine coinvolte in questo complesso meccanismo, influenzando così tutto il comportamento circadiano della pianta che, in questo modo, si adatta più velocemente ai cambiamenti ambientali.

Per dimostrare questa capacità, gli autori del lavoro hanno utilizzato, per la prima volta su una pianta, il cosiddetto metodo Clip (un test utilizzato finora per studiare le proteine delle sole cellule animali). Hanno selezionato le piante che contenevano la proteina AtGRP7, le hanno irradiate con luce ultravioletta per circa due minuti e una volta isolate le proteine associate ai messaggeri hanno cominciato a sequenziare questi ultimi. I risultati ottenuti hanno dimostrato che i messaggeri associati all’orologio ausiliario AtGRP7 non sono tutti uguali e questo ha avvalorato la tesi che AtGRP7 è in grado di regolare non solo i suoi (Rna)m ma anche quelli di altre proteine-orologio.
Ma il gruppo di ricercatori è andato oltre, aumentando artificialmente il contenuto della AtGRP7 nella cellula per osservarne gli effetti sugli mRna :“Siamo stati in grado di dimostrare che una maggiore quantità di AtGRP7 può interrompere il ritmo di alcuni Rna messaggeri”, spiega Katja Meyer, una degli autori del lavoro. “Ciò significa che questa proteina funziona da orologio ausiliario mediando tra l’orologio principale e gli mRna, e lo fa in base all’ora del giorno”.

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