Risultati della Ricerca Titolo Studio della risposta epigenetica a stress ambientali in Arabidopsis e mais Descrizione estesa del risultato Il progetto “Acquired Environmental Epigenetics Advances: from Arabidopsis to maize (AENEAS)” ha come scopo principale quello di comprendere come gli stimoli ambientali interagiscono con i meccanismi epigenetici nel determinare la risposta a stress abiotici. Lo studio è svolto sia utilizzando Arabidopsis, come esempio di pianta modello, che il mais, come esempio di pianta coltivata. Si tratta di un progetto di ricerca di base, i cui risultati sono utilizzabili principalmente da ricercatori per potere ulteriormente approfondire le tematiche trattate. Tuttavia, i risultati ottenuti permettono anche di ipotizzare e formulare interventi di ricerca mirata all'utilizzo della variabilità epigenetica nei processi di miglioramento quali-quantitativo delle piante coltivate, con particolare riferimento alla tolleranza per stress ambientali e all'adattamento a seguito di cambiamenti climatici. Per tale ragione i risultati conseguiti si possono intendere come trasferibili previa sperimentazione. Di seguito vengono riassunti in modo alcuni dei concetti principali del progetto e dei risultati ottenuti presso la Unità di Ricerca per la maiscoltura di Bergamo (CRA-MAC). -sono stati compresi nel dettaglio i meccanismi molecolari che determinano la regolazione epigenetica nella pianta modello di Arabidopsis e in risposta a stimoli ambientali. Ad esempio: i) ruolo dei piccoli RNAs nel modulare la struttura della cromatina in risposta a stimoli ambientali, ii) ruolo dei meccanismi epigenetici nel silenziamento degli elementi trasponibili in risposta a stress, che hanno un effetto potenzialmente dannoso per il genoma, iii) ruolo della metilazione del DNA e delle modifiche istoniche nel regolare l'attività del genoma in risposta a vari stress biotici e abiotici. -sono stati costituiti dei tools (mutanti, protocolli, ecc.) da utilizzare per la pianta di mais al fine di arrivare, anche per essa, a una maggiore comprensione dei meccanismi epigenetici in risposta a stimoli ambientali. Essendo il mais una pianta coltivata, risulta evidente che, in questo caso, i risultati sono anche la necessaria base di partenza per esplorare i meccanismi e la variabilità epigenetica nei processi di miglioramento del mais. Ad esempio, uno dei principali risultati ottenuti ha evidenziato il ruolo che i meccanismi epigenetici svolgono nel regolare la fioritura in mais, sia in risposta a segnali interni che in risposta al fotoperiodo e agli stress abiotici. Questi risultati costituiscono il punto di partenza per un ulteriore approfondimento e per potere “modulare” la fioritura in mais, intervenendo sulla variabilità epigenetica, da utilizzare unitamente a quella genetica nei processi di breeding. Per ulteriori approfondimenti in merito a questa scheda risultato si può fare riferimento alla bibliografia indicata a fondo pagina o al Referente della scheda risultato. Responsabile del risultato Vincenzo Rossi Via Stezzano, 24, 24126 – BERGAMO () Tel.: +39-035-313132 E-mail: [email protected] Anno 2014 ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 1/5 Classificazione del risultato Comparto produttivo: Produzioni non alimentari PRODUZIONI NON ALIMENTARI IN GENERALE Particolari categorie PRODOTTI BIOLOGICI, BIODINAMICI E SIMILARI di prodotti/comparti Prodotti biologici produttivi: Categorie di ambiti di ALTRI AMBITI DI STUDIO ricerca: Altri ambiti di studio ALTRI AMBITI DI STUDIO Parole chiave stress ambientali, fioritura, mais Trasferibilità del risultato Si, trasferibilità previa sperimentazione Natura del risultato altro Aree interessate Aree a clima continentale Aree a clima mediterraneo Impatto dal punto di vista tecnico resistenza alle avversità abiotiche introduzione di tecnologie innovative razionalizzazione della selezione genetica Impatto dal punto di vista socioeconomico miglioramento qualitativo aumento competitività Impatto dal punto di vista ambientale sostenibilità ambientale delle produzioni altro ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 2/5 Presupposti di contesto personale specializzato Soggetti istituzionali da coinvolgere Università Industrie di settore Enti di ricerca Potenziali utilizzatori Divulgatori Industrie di settore Centri di miglioramento genetico Enti di ricerca Università Modalità di diffusione Sito web/internet Da individuare di concerto con i referenti istituzionali e non che occorre coinvolgere Partenariati ricerca e competitività Progetti comuni con i vari soggetti, istituzionali e non, interessati Pubblicazioni Mascheretti, I.; Battaglia R.; Mainieri, D.; Altana, A.; Lauria, M.; Rossi, V. (2013): The WD-repeat proteins NFC102 and NFC102 regulate different aspects of maize development through chromatin modification, Vol. 25 p. 404-420 ____________________________________________________ Progetto / Ricerca di riferimento Titolo del progetto Acquired Environmental Epigenetics Advances: from Arabidopsis to maize - AENEAS Coordinatore del progetto Serena Varotto Vialle dell'Università, 16, 35020 – Legnaro () Tel.: +39-049-8272840 E-mail: ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 3/5 Ente finanziatore Commissione Europea Breve descrizione del progetto e dei suoi obiettivi Questo progetto, intitolato: "Acquired Environmental Epigenetics Advances: from Arabidopsis to maize" (acronimo AENEAS) ha come scopo principale quello di comprendere come gli stimoli ambientali interagiscono con i meccanismi epigenetici nel determinare la risposta a stress abiotici. Lo studio è svolto sia utilizzando Arabidopsis, come esempio di pianta modello, che il mais, come esempio di pianta coltivata. Si tratta, pertanto, di un progetto di ricerca di base, i cui risultati sono utilizzabili principalmente da ricercatori per potere ulteriormente approfondire le tematiche trattate. Tuttavia, i risultati ottenuti permettono anche di ipotizzare e formulare interventi di ricerca mirata all'utilizzo della variabilità epigenetica nei processi di miglioramento quali-quantitativo delle piante coltivate, con particolare riferimento alla tolleranza per stress ambientali e all'adattamento a seguito di cambiamenti climatici. Di seguito viene riassunto in modo un pò più specifico lìoggetto di studio del progetto Aeneas. iIl progetto studia i meccanismi epigenetici, che sono quei meccanismi per i quali si osserva variazione delle funzioni di un gene o di un intero genoma, senza che si verifichino delle alterazioni nella sequenza della doppia elica del DNA. In pratica, questi meccanismi sono associati al fatto che il DNA non è presente nelle cellule in forma "libera" ma è "avvolto" in una struttura, denominata cromatina. Tale struttura è estremamente dinamica e varia in risposta a segnali interni (il programma di sviluppo) e esterni (gli stimoli ambientali). La compattazione del DNA nella cromatina, di per se, costituisce un "ostacolo" a tutte le reazioni che utilizzano il DNA come substrato (trascrizione, replicazione, ricombinazione, riparazione, ecc.). Tuttavia, essendo la struttura della cromatina modulabile in risposta ai suddetti segnali, ne deriva che essa esercita un vero e proprio meccanismo di regolazione dell'attività del DNA. Ad esempio, in risposta a specifici segnali interni un gene può avere la struttura della cromatina più "accessibile" per gli enzimi che ne determinano la trascrizione. Il risultato sarà che, senza che si modifichi la sequenza nucleotidica del DNA (meccanismo epigenetico), il gene sarà maggiormente trascritto (più attivo) in risposta al segnale in questione. U.O. / Partner coinvolti nella realizzazione del risultato Commissione Europea Unità di ricerca per la maiscoltura (Bergamo) Università degli Studi di Padova Referenti istituzionali già coinvolti nella ricerca - Commissione Europea Vincenzo Rossi - Unità di Ricerca per la Maiscoltura (CRA-MAC) Serena Varotto - Università di Padova ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 4/5 ___________________________________________________ Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura 5/5