Lo studio fa luce sulla biosintesi e sul trasporto dei precursori del rivestimento pollinico nelle angiosperme

8 giugno 2023

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di Zhang Nannan, Accademia cinese delle scienze

I ricercatori guidati dal Prof. Qi Xiaoquan dell’Istituto di Botanica dell’Accademia Cinese delle Scienze hanno sistematicamente dimostrato che la biosintesi e il trasporto del rivestimento pollinico sono processi complessi che coinvolgono la biosintesi compartimentata, il trasporto coordinato e la regolazione precisa tra organelli e tipi di cellule.

La recensione è stata pubblicata online su Nature Plants.

In precedenza, i ricercatori avevano scoperto che una via metabolica dei triterpeni specifica per il tapetum regola la formazione del rivestimento pollinico nelle Poaceae e che una mutazione con perdita di funzione in OsOSC12, un enzima chiave per la biosintesi dei triterpeni, porta alla sterilità maschile genetica sensibile all'umidità (HGMS ).

Lo studio del meccanismo di formazione del mantello pollinico può non solo chiarire la questione scientifica di base della formazione di importanti organi riproduttivi, ma anche i meccanismi genetici e molecolari dell'HGMS, fornendo preziose linee maschio-sterili e una base teorica per l'utilizzo di eterosi delle colture.

In questa recensione, i ricercatori hanno effettuato un confronto dettagliato tra la morfologia, la composizione e la funzione del rivestimento pollinico tra specie vegetali con diversi tipi di impollinazione. Hanno scoperto che la morfologia e la composizione del rivestimento pollinico sono correlate alle modalità di impollinazione di diverse specie vegetali con chiara specificità di lignaggio. Le proteine ​​e le piccole molecole del rivestimento pollinico, compresi gli acidi grassi a catena lunga e molto lunga e i loro derivati, sono importanti componenti del rivestimento pollinico.

Hanno riassunto i geni e le proteine ​​codificanti coinvolte nella biosintesi dei precursori del rivestimento pollinico e hanno confermato che sono coinvolti principalmente nel metabolismo di lipidi, fenoli, triterpeni e steroli negli stadi intermedi e tardivi dello sviluppo dell'antera. Tra questi, il metabolismo dei triterpeni e degli steroli variava ampiamente tra le diverse specie, indicando una possibile specificità del lignaggio.

Hanno confrontato i processi di degradazione del tapetum con la formazione della parete pollinica tra monocotiledoni e dicotiledoni a livello cellulare, con particolare attenzione ai cambiamenti morfologici di due organelli arricchiti di olio nella fase tardiva di sviluppo dell'antera.

Hanno inoltre discusso diverse questioni scientifiche urgenti. Ad esempio, quali sono gli esatti componenti del rivestimento pollinico? Come vengono sintetizzati e trasportati i precursori del rivestimento pollinico? E come vengono regolati in modo coordinato la biosintesi e il trasporto dei precursori del rivestimento pollinico durante un altro sviluppo? Queste domande verranno affrontate con metodi migliorati come l'estrazione estensiva del genoma vegetale, la multiomica spaziale e a cellula singola e il monitoraggio delle proteine ​​​​e dei metaboliti del rivestimento pollinico.

Infine, è stata discussa l'applicazione di mutanti difettosi del rivestimento pollinico con HGMS nell'utilizzo dell'eterosi delle colture. Le linee HGMS potrebbero essere utilizzate come genitore maschio-femmina sterile per produrre semi ibridi in aree aride (come lo Xinjiang, Cina) e autoimpollinate in aree umide e piovose (Cina meridionale). Ciò amplierebbe la gamma geografica della produzione di sementi ibride a due linee e farebbe ampio uso dell’eterosi vegetale per la produzione agricola.

Maggiori informazioni: Yuyuan Qiao et al, Biosintesi e trasporto dei precursori del rivestimento pollinico nelle angiosperme, Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01413-0