Fisiologia della produzione

La vita, lo sviluppo e i meccanismi di difesa delle piante sono regolati da un complesso sistema di controllo. Ad una particolare condizione esterna (luce, temperatura, disponibilità idrica o nutritiva) può corrispondere un conseguente segnale interno che origina la risposta adattativa della pianta. Ai classici sistemi di regolazione (generati dagli ormoni) si affianca un sistema di regolazione su base metabolica, quale la repressione da cataboliti o l'induzione genica da parte di particolari componenti metabolici (carboidrati).

È possibile ipotizzare che la regolazione da zuccheri assuma grande importanza in una specie quale la barbabietola, che accumula grandi quantitativi di zuccheri solubili. Tale livello di carboidrati influenza verosimilmente i processi di traslocazione degli assimilati, l'induzione a fiore, come pure i processi metabolici relativi alla sintesi/degradazione dei carboidrati stessi, sia negli organi "source" (foglie) che in quelli "sink" (radice).

Gli obiettivi sono:

  1. Analisi dei geni coinvolti nella sintesi e nel trasporto dei carboidrati in relazione alle fasi di induzione a fiore e di accumulo di saccarosio nella radice;
  2. Analisi dei geni implicati nella sintesi e trasporto dei carboidrati in relazione al fenomeno della retrogadazione (saccarosio sintasi, saccarosio-P sintasi, invertasi ed altri);
  3. Studio della possibile interazione tra i segnali ormonali e segnali metabolici nella regolazione delle relazioni source-sink in diverse fasi di sviluppo della pianta: transizione delle foglie da funzione source a funzione sink (fasi di stress, possibile causa della retro gradazione del titolo in saccarosio). Clonaggio e sequenziamento dei geni coinvolti nei processi di fioritura e nelle relazioni "sink"/"source". Il programma di clonaggio e sequenziamento, iniziato nel corso del primo anno di attività si conclude con il secondo anno e consentirà di acquisire sonde molecolari per lo studio dei processi fisiologici di interesse (prefioritura, relazioni sink-source, retrogradazione).
    Riguardo a quest'ultimo, verrà effetuato uno studio fisiologicomolecolare del processo di retrogradazione, controllando la espressione di geni marker dello status "source" (ad esempio, saccarosio-P sintasi) e di geni marker dello stato "sink" (ad esempio invertasi ed altri geni codificanti per enzimi deputati alla degradazione del saccarosio).

Recentemente, la retrogradazione è stata monitorata e quantificata: il problema è presente in particolare al Nord e si manifesta nella seconda parte della campagna saccarifera con una diminuzione media di 2°S. Sono state elaborate le prime ipotesi in ordine alle cause che la determinano (attacchi di cercospora, eccesso di azoto, clima avverso, varietà). In particolare, si ricorda che la pianta trasloca assimilati alla radice, ma si può avere inversione di questo flusso, per esempio a seguito di stress: le foglie rivegetano e agiscono da sink attingendo dalla radice i fotosintati e portando a retro gradazione del titolo zuccherino.

Le foglie source hanno alta attività saccarosio- fosfato-sintasica e basse attività saccarosio sintasica e delle varie invertasi; le radici invece hanno alta espressione delle attività di scaricamento del floema, di cui è un esempio il trasportatore SUTl, ancora poco caratterizzato. Le foglie sink, cioè le giovani foglie e le foglie "ricacciate", hanno alta espressione di SUT 1, della saccarosio sintasi e delle invertasi, e bassa attività saccarosio-fosfato-sintasica. Fra i geni source e sink ci saranno quindi i geni codificanti per queste attività enzimatiche e forse per il trasportatore SUTI. L'espressione di questi geni è correlata con i diversi tessuti nelle varie situazioni.

L'obiettivo possibile è clonare i geni putativamente coinvolti in Bela vulgaris; finora è stato parzialmente clonato SUTI (chiamato BvSUTl), un tratto lungo 636 bp, già utilizzato in esperimenti di espressione genica. Da piante allevate in condizioni controllate sono stati excisi dischetti fogliari che sono poi stati infiltrati con zuccheri esogeni sotto vuoto. Come zuccheri, sono stati usati sia il saccarosio che il suo analogo non metabolizzabile turanosio. Il gene SUTI viene represso da alte concentrazioni di saccarosio ed è molto espresso nelle foglie. Il picco di espressione si ha a 100 mM saccarosio, poi si ha repressione. Ciò suggerisce che SUTI abbia compiti di scaricamento del saccarosio dal floema nel tessuto fogliare e che venga quindi disattivato in presenza di abbondanza di saccarosio. Il turanosio ha esattamente lo stesso effetto del saccarosio e, quindi, se ne deduce che la risposta osservata è dovuta al saccarosio apoplastico, dato che il turanosio non entra nella cellula. Occorrono verifiche su materiali allevati in campo.