National Science Foundation – Where Discoveries Begin

Fact Sheet

December 13, 2000

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Arabidopsis thaliana è un’erbaccia della famiglia della senape il cui rapido ciclo di crescita e le piccole dimensioni la rendono un modello sperimentale ideale per la ricerca in biologia vegetale. Più di 2.500 laboratori e 8.000 scienziati in tutto il mondo stanno utilizzando una nuova generazione di strumenti per sondare il genoma di questa pianta, rivelando processi comuni a tutte le piante.

Il processo. L’Arabidopsis Genome Initiative (AGI) è iniziata nel 1996, unificando gli sforzi dei team internazionali che hanno decodificato questa importante sequenza genomica dai primi anni ’90. I rappresentanti di ciascuno dei principali centri di sequenziamento dell’Arabidopsis si sono incontrati nell’agosto 1996 alla National Science Foundation (NSF) ad Arlington, VA, per concordare un approccio collaborativo. Negli Stati Uniti, un programma interagenzie è iniziato nel 1996 con fondi della NSF, del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti. L’Unione Europea, il governo francese e il governo della prefettura di Chiba in Giappone sostengono analogamente la ricerca AGI.

Il futuro. Anche se la sequenza del genoma era vicina al completamento, NSF ha iniziato la fase successiva della ricerca sul genoma di Arabidopsis thaliana. Il nuovo progetto 2010 di NSF cerca di determinare le funzioni di 25.000 geni dell’Arabidopsis nel prossimo decennio.

Gli strumenti e le applicazioni. I ricercatori dell’Arabidopsis usano e hanno sviluppato una varietà di strumenti, tra cui:

• Marcatori sintetici del DNA per la mappatura del genoma
• Collezioni di mutanti dell’Arabidopsis utili
• Tecniche specializzate per trasformare i geni dell’Arabidopsis
• Bioinformatica strumenti che sfruttano le più recenti capacità di calcolo e di rete
• Collezioni di mappe genetiche

Tutti questi strumenti permettono agli scienziati di sezionare sistematicamente il genoma dell’Arabidopsis, portando al completamento della sua sequenza, all’identificazione delle funzioni di molti geni individuali e ad una migliore comprensione del comportamento delle piante in generale. Gli studi sull’Arabidopsis hanno migliorato la nostra comprensione della resistenza alle malattie, dello sviluppo delle radici e di altri importanti processi vegetali. Poiché il ritmo di questa ricerca è estremamente rapido, i seguenti punti salienti non sono affatto esaustivi.

Migliorare la resistenza alle malattie. Alcune varietà di colture sono più resistenti di altre a particolari patogeni virali, batterici o fungini. Ottenere la resistenza alle malattie è uno dei principali obiettivi della maggior parte dei programmi di selezione delle piante, ma tali ibridi sono lunghi da produrre se paragonati alla modifica genetica. La clonazione molecolare di un gene di resistenza alle malattie dell’Arabidopsis chiamato RPS2 ha aggiunto significativamente alla nostra comprensione di come questo gene e altri simili funzionano in piante economicamente importanti.

Comprendere la fotosensibilità. Analizzando l’Arabidopsis, gli scienziati hanno dimostrato che le piante rispondono alla luce integrando vari segnali di ingresso attraverso una complessa rete genetica. I geni clonati hanno rivelato la natura chimica precedentemente non rilevata di un recettore della luce blu nell’Arabidopsis, suggerendo l’esistenza di un tale meccanismo per innescare risposte fisiologiche nelle piante superiori. Questo potrebbe portare a piante che sono in grado di crescere con meno luce.

Creare oli commestibili più sani. I geni che guidano la sintesi degli oli nell’Arabidopsis sono strettamente correlati a tali geni nelle colture commerciali. Questa relazione viene sfruttata per produrre piante con oli commestibili più sani. Circa un terzo delle calorie nelle nostre diete proviene dalla soia o da altri oli vegetali. La maggior parte degli oli vegetali non sono adatti per il cibo, tuttavia, perché sono altamente polinsaturi. I geni degli acidi grassi dell’Arabidopsis hanno controparti nella soia, nella colza e in diverse altre colture oleaginose.

Produzione di plastica biodegradabile. La sequenza del genoma dell’Arabidopsis potrebbe portare a nuove plastiche biodegradabili. Gli scienziati hanno introdotto i geni del batterio Alcaligenes eutrophus nell’Arabidopsis, facendo accumulare una plastica biodegradabile (poliidrossibutirrato o PHB). Con fino al 20% del peso secco della pianta modificata costituito da PHB, diverse aziende hanno iniziato programmi per sviluppare tali colture che producono plastica.

Rendere gli ortaggi e i frutti più economici e più resistenti. Il gas etilene influenza la crescita e lo sviluppo delle piante. L’industria agricola lo usa per controllare la maturazione di frutta e verdura e l’invecchiamento dei fiori. Impedendo alle piante di produrre o rispondere all’etilene, gli scienziati potrebbero sviluppare colture che maturano più velocemente o più lentamente, come desiderato. Un gene dell’Arabidopsis media gli effetti biologici dell’etilene, e i ricercatori hanno isolato una forma mutante che potrebbe rendere le piante completamente resistenti al gas. Questo potrebbe rallentare significativamente la velocità di maturazione dei frutti e l’appassimento dei fiori, mantenendoli freschi più a lungo.

Migliorare la resistenza all’erosione. Il sistema radicale dell’Arabidopsis è un modello per studiare come si formano questi organi vegetali. Gli scienziati hanno trovato una varietà di mutazioni genetiche dell’Arabidopsis che influenzano lo sviluppo delle radici e determinano la resistenza delle piante all’erosione del suolo.

Capire come le piante fioriscono. La crescita floreale inizia con lo sviluppo del tessuto vegetale formativo chiamato meristema, che può ramificarsi per formare diversi meristemi floreali, ognuno con un fiore separato. La ricerca sull’Arabidopsis ha dimostrato che l’interazione tra i geni del meristema detta la crescita degli organi floreali come petali, sepali e stami.

-NSF-

Vedi anche: Elenco di link di Arabidopsis.

Per un video in streaming sulla sequenza del genoma di Arabidopsis, vedi: http://www.nsf.gov/od/lpa/news/press/00/pr0094.htm
Per maggiori informazioni sul progetto NSF 2010, vedere: http://nsf.gov/cgi-bin/getpub?nsf0113

Contatti per i media
Tom Garritano, NSF, (703) 292-8070, email: [email protected]

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