LONG-DISTANCE TURGOR CHANGES INDUCE SYSTEMIC ACTIVATION OF PLANT GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE CHANNELS

Nel corso della loro vita le piante, essendo organismi sessili, sono continuamente soggette a cambiamenti ambientali che necessitano di essere accuratamente percepiti, a cui devono seguire appropriate risposte sia a livello locale che sistemico che ne garantiscano la sopravvivenza. Il calcio (Ca2+) è uno ione che agisce come importante secondo messaggero in tutti gli esseri viventi, in grado di accoppiare la percezione di uno stimolo extracellulare a peculiari risposte intracellulari. La specificità di trasduzione del segnale basata sul Ca2+ è ottenuta grazie alla generazione di transienti incrementi della sua concentrazione citosolica ([Ca2+]cyt), specifici nella loro evoluzione spaziale e temporale, alla quale ci si riferisce come “Ca2+ signatures”. La decodifica delle “Ca2+ signatures” da parte di proteine capaci di legare il Ca2+ permette la messa in atto di appropriate risposte fisiologiche. Nelle piante, è stato documentato che transienti variazioni citosoliche di Ca2+ sono coinvolte in svariati processi fisiologici che includono lo sviluppo della radice, lo sviluppo del tubetto pollinico e il processo di fecondazione, la risposta a stress abiotici, la regolazione dell’interazione pianta-microbo. Transienti incrementi nella [Ca2+]cyt con caratteristica intensità, frequenza, dinamica e durata sono generati dalla azione orchestrata di sistemi di influsso ed efflusso del Ca2+, che includono canali, pompe e scambiatori del Ca2+ che sono localizzati a livello delle membrane cellulari. Data l’importanza e l’universalità della trasduzione del segnale basata sul Ca2+, risulta essere di primaria importanza l’identificazione degli attori molecolari che governano la generazione dei segnali Ca2+. In questo contesto, lo studio delle dinamiche del Ca2+ in vivo rappresenta un potente strumento investigativo.
Nel corso del mio dottorato di ricerca, ho esplorato il meraviglioso mondo del “Ca2+ imaging” utilizzando il vasto universo di Biosensori fluorescenti per il Ca2+ geneticamente codificati. Ho appreso e affinato tecniche per produrre immagini di alta qualità rappresentative di dinamiche del Ca2+ in vivo, sia a livello di intero organismo che a singola cellula. Le competenze che ho acquisito mi hanno permesso di contribuire a vari progetti tutti accomunati da quello che è un comune denominatore, ovvero il ruolo cardine del Ca2+ nella regolazione di svariati processi di trasduzione del segnale. Mi sono avventurato nello studio di vari aspetti legati alla segnalazione del Ca2+ tra cui: (i) gli aumenti della [Ca2+]cyt indotti nelle cellule dell’apice radicale in risposta a differenti amminoacidi, contribuendo a definire i determinanti molecolari sottostanti a tali risposte (Alfieri et al., 2020); (ii) la caratterizzazione dei transienti incrementi della [Ca2+]cyt indotti da auxine naturali e da molecole analoghe dell’auxina, e la decifrazione del ruolo di alcuni attori molecolari coinvolti nella genesi delle risposte [Ca2+]cyt indotte da auxina (Wang, Himschoot, Grenzi et al., 2022); (iii) lo sviluppo di un nuovo biosensore per il Ca2+ geneticamente codificato per indagare il ruolo del reticolo endoplasmico nella modellazione delle “Ca2+ signatures” in processi di sviluppo, così come in risposta a vari stimoli (Resentini, Grenzi et al., 2021); (iv) l’effetto di modulazione che alcuni composti chimici hanno sulle oscillazioni spontanee nella [Ca2+]cyt delle cellule di guardia che governano l’apertura e la chiusura degli stomi. Ho inoltre contribuito alla scrittura di reviews legate al mondo del “Ca2+ signalling” in pianta. Tutti i lavori pubblicati, così come i lavori in preparazione, sono allegati al termine di questa dissertazione, alla quale rimando gentilmente il lettore. Qui presenterò il