Lo stress ossidativo nelle piante: funzioni cellulari rilevanti

Molti stress ambientali causano nelle piante un danno di natura ossidativa, in quanto a livello cellulare viene prodotto un eccesso di specie reattive dell’ossigeno (ROS) che danneggiano importanti funzioni cellulari. L’inattivazione dei fotosistemi PSI e PSII, che si verifica in condizioni fotoinibitorie, è causata dallo stato di sovrariduzione dei trasportatori fotosintetici di elettroni che diventano, attraverso varie reazioni, donatori di elettroni all’O2 (prodottosi nella fase luminosa della fotosintesi) con formazione di diverse ROS. Sono presenti a livello cellulare diversi meccanismi implicati nella eliminazione delle ROS; tali meccanismi sono inoltre finemente regolati. Obiettivo della ricerca è lo studio delle funzioni geniche rilevanti nella capacità della pianta di rispondere allo stress ossidativo indotto da ozono o da condizioni fotoinibitorie. Abbiamo scelto di studiare le seguenti funzioni: • tAPX, sAPX, cAPX (ascorbato perossidasi tilacoidale, stromatica e citosolica); tale enzima si occupa dello scavenging di H2O2; • At fer1 (ferritina); tale proteina è capace di sequestrare ioni ferro; riducendo quindi la disponibilità di ferro libero, può rallentare la reazione di Haber- Weiss con la quale si ha produzione di radicali ossidrilici. Abbiamo iniziato la ricerca dei corrispondenti mutanti knock-out in una collezione di linee di Arabidopsis thaliana ottenute per mutagenesi inserzionale con l’elemento trasponibile di mais Spm: abbiamo individuato dei putativi positivi per Atfer1 e per cAPX: è tuttora in corso la validazione di tali positivi. Per caratterizzare fisiologicamente tali mutanti, abbiamo messo a punto un metodo selettivo che permette di misurare la fotoinibizione utilizzando lo strumento PEA (Plant Efficiency Analyser). Con tale strumento sono misurati i parametri F0, Fm, Fv/Fm (dove Fv=Fm - F0 ) in piante esposte a condizioni di stress ossidativo (alto irraggiamento e bassa temperatura). Tali parametri sono importanti indici dell’efficienza fotochimica di un sistema; infatti più Fv/Fm è basso, minore è l’efficienza fotochimica. La misura della fotoinibizione con il PEA permette una valutazione quantitativa del danno ossidativo nelle linee di A. thaliana ed è inoltre non distruttivo per la pianta, in quanto si esegue su singola foglia. Abbiamo quindi valutato il danno fotoinibitorio in piante di Nicotiana tabacum transgeniche che sovraesprimono il gene per la ferritina a seguito di esposizione a bassa temperatura e alto irraggiamento; tali linee non sono più resistenti delle corrispondenti linee wt a tale tipo di stress. Infine, tramite analisi con Northern blots, abbiamo visto che condizioni fotoinibitorie che dimezzano l’efficienza fotochimica in A. thaliana non inducono né la trascrizione del gene per la ferritina né quello della cAPX.