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Coinvolgimento di MtN5 nella Trasduzione del Segnale nella Simbiosi Sinorhizobium meliloti – Medicago truncatula

Informazioni tesi

  Autore: Jacopo Bertolini
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Verona
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Biotecnologie (L-2)
  Relatore: Barbara Molesini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 33

Molte piante soddisfano il loro fabbisogno di nutrienti anche attraverso interazioni simbiotiche con microorganismi. In condizioni di mancanza di azoto, piante appartenenti alla famiglia delle Fabaceae sono in grado di instaurare un rapporto di interazione con alcuni batteri azotofissatori. Tali batteri, comunemente denominati rizobi (tra cui si annoverano i generi Azorhizobium, Allorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobhium e Sinorhizobium), si insediano nelle cellule della pianta, portando alla formazione, a livello della radice, di un organo peculiare detto nodulo radicale. Nello stato simbiotico, il batterio converte azoto atmosferico in ammoniaca, una forma di azoto prontamente utilizzabile dalla pianta per la sintesi di amminoacidi e altre sostanze azotate. La reazione di riduzione dell’azoto operata dai batteri simbionti è resa possibile dalla presenza dell’enzima batterico nitrogenasi, che è irreversibilmente inibito dall’ossigeno. Tramite la formazione dei noduli radicali la pianta garantisce al batterio un ambiente microaerobio, necessario affinché la fissazione dell’azoto possa essere effettuata.
Il gene N5 di M. truncatula è indotto trascrizionalmente nelle radici dopo l’infezione con S. meliloti e codifica per una putativa proteina appartenente alla famiglia delle Lipid Tranfer Protein (LTP), caratterizzate dalla capacità di legare e trasferire in vitro lipidi tra membrane. Il gene N5 codifica per una nodulina precoce.
Mediante un approccio di silenziamento genico effettuato su piante di M. truncatula, è stato dimostrato che il gene N5 è richiesto per lo stabilirsi della simbiosi con S. meliloti (Pii et al., 2009), supportando l’opinione che il gene rivesta un ruolo cruciale nell’istaurarsi dell’interazione simbiontica, verosimilmente come segnale positivo per l’associazione rizobio-pianta. Tuttavia, non è ancora noto a quale livello agisca nel processo di nodulazione. Gli obbiettivi di questa tesi sono stati i seguenti:
1) Studiare l’espressione del gene N5 in M. truncatula durante le fasi precoci della nodulazione (i.e. 3-72 ore dopo l’inoculo).
2) Tramite l’utilizzo di un costrutto a forcina “hairpin” (MtN5) volto a silenziare il gene N5, sono state trasformate radici di M.truncatula, in modo da studiare in questo modello sperimentale l’espressione di due noduline (i.e. ENOD11 e NIN), già ampiamente descritte in letteratura (Boisson-Dernier et al., 2005; Marsch et al., 2007)
3) Studiare l’espressione del gene N5 in un mutante inserzionale (i.e. NF4252) per il gene DMI1. Il gene DMI1 codifica per canale del calcio noto per essere coinvolto nella formazione di Ca2+-spiking in risposta ai Nod factors
4) Impiego di batteri S. meliloti trasformati mediante un costrutto reporter (hemA::lacZ), per l’infezione di radici di M. truncatula trasformate col costrutto M5hp, al fine di studiare il fenotipo di radici silenziate per MtN5 in seguito all’infezione con i rizobi. Su radici silenziate per MtN5, è stata inoltre studiata l’espressione del gene flotillina-4 (FLOT4), nodulina precoce recentemente identificata per essere coinvolta nella formazione e sviluppo del filamento di infezione.

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Risultati e discussione 2 Introduzione Molte piante soddisfano il loro fabbisogno di nutrienti anche attraverso interazioni simbiotiche con microorganismi. In condizioni di mancanza di azoto, piante appartenenti alla famiglia delle Fabaceae sono in grado di instaurare un rapporto di interazione con alcuni batteri azotofissatori. Tali batteri, comunemente denominati rizobi (tra cui si annoverano i generi Azorhizobium, Allorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobhium e Sinorhizobium), si insediano nelle cellule della pianta, portando alla formazione, a livello della radice, di un organo peculiare detto nodulo radicale. Nello stato simbiotico, il batterio converte azoto atmosferico in ammoniaca, una forma di azoto prontamente utilizzabile dalla pianta per la sintesi di amminoacidi e altre sostanze azotate. La reazione di riduzione dell’azoto operata dai batteri simbionti è resa possibile dalla presenza dell’enzima batterico nitrogenasi, che è irreversibilmente inibito dall’ossigeno. Tramite la formazione dei noduli radicali la pianta garantisce al batterio un ambiente microaerobio, necessario affinché la fissazione dell’azoto possa essere effettuata. 1. Percezione dei Nod Factors L’interazione simbiotica tra piante leguminose e rizobi prevede il riconoscimento tra l’ospite e il simbionte presente nella rizosfera. La simbiosi radicale comincia con la secrezione di flavonoidi (derivati del 2-fenil-1,4 benzopirone) e altri composti fenolici dalle radici della pianta ospite. La percezione dei flavonoidi da parte del simbionte porta all’attivazione trascrizionale dei geni nod (nodulation) batterici ad opera del fattore trascrizionale NodD, membro della famiglia di regolatori trascrizionali della lisina R (Fisher & Long, 1992; Long, 1996). I diversi geni nod codificano principalmente per enzimi coinvolti nella produzione dei fattori di nodulazione (Nod factors) (Caetano-Anollés & Gresshoff 1991; Denarìe et al. 1996; Spaink 2000) (Figura 1). I Nod factors sono molecole segnale batteriche formate da uno scheletro lipochitooligosaccaridico costituito da residui N-acetil-D-glucosamminici e decorato da catene laterali specifiche per ogni ceppo batterico. L’interazione pianta/rizobio è generalmente molto specifica. L’alto grado di specificità che si riscontra è conferito dalla struttura dei Nod factors e dalla natura del segnale fenolico della pianta (Cardenas et al., 1995; Dénarié et al., 1996; Long, 1996; Schultze & Kondrosi, 1998). I Nod factors sono delle molecole segnale potenti, che vengono recepite dalla pianta e che hanno la capacità di innescare risposte biochimiche e morfologiche profonde nelle cellule radicali

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Parole chiave

simbiosi
piante
fenotipo
nod factors
mtn5
s.melioti
medicago truncatula
sinorhizobium meliloti

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