The petal identity gene PhDEF has a major binding and regulatory action in the epidermis

I fiori non sono meramente oggetti statici di bellezza; sono il risultato di un preciso progetto di costruzione biologica dove ogni parte deve apparire nel posto giusto al momento giusto. Per capire come una pianta sappia se far crescere un petalo invece di una foglia, o uno stame invece di un fusto, gli scienziati studiano da tempo un insieme di istruzioni magistrali note come geni omeotici. Questi geni agiscono come una planimetria, dicendo alle cellule quale tipo di organo diventare. Per decenni, l'attenzione di questa ricerca si è concentrata proprio sull'inizio della vita di un fiore, quando questi geni decidono per la prima volta il destino dell'organo. Tuttavia, un fiore è una struttura complessa composta da diversi strati di cellule, proprio come un muro ha una superficie esterna e un nucleo interno. È rimasto un mistero se le istruzioni magistrali che dicono "sii un petalo" funzionino allo stesso modo in ogni singolo strato di quel petalo, o se lo specifico strato cellulare cambi il modo in cui quelle istruzioni vengono lette e attuate.

Un team di ricercatori ha rivolto la propria attenzione al fiore di petunia per risolvere questo enigma, concentrandosi su un gene maestro specifico chiamato PhDEF, che è responsabile di dire alle cellule di diventare parte di un petalo. Sapevano da lavori precedenti che se questo gene viene a mancare nello strato esterno del petalo, il fiore appare molto diverso rispetto a se mancasse nello strato interno. Ciò suggeriva che il gene potesse svolgere lavori diversi a seconda di dove si trova, ma il meccanismo esatto era nascosto alla vista. Per scoprire la verità, gli scienziati hanno fatto crescere fiori di petunia con mutazioni specifiche che rimuovevano il gene PhDEF dall'epidermide, ovvero la pelle esterna del petalo, o dal mesofillo, ovvero il tessuto interno. Hanno poi utilizzato strumenti avanzati per leggere l'attività genetica delle singole cellule e per mappare esattamente dove la proteina PhDEF si attaccava al DNA all'interno di quelle cellule.

L'indagine ha rivelato che il gene non agisce come un interruttore uniforme attraverso l'intero organo. Invece, PhDEF regola due set completamente diversi di geni bersaglio a seconda che stia lavorando nell'epidermide esterna o nel mesofillo interno. I ricercatori hanno scoperto che l'influenza del gene è molto più potente nello strato esterno. Nell'epidermide, la proteina PhDEF si lega al DNA con frequenza e intensità molto maggiori, controllando una vasta gamma di geni che modellano la superficie del petalo. Al contrario, il suo legame nel mesofillo interno è molto più debole e influenza un gruppo di geni diverso e più piccolo. Lo studio ha anche dimostrato che il modo in cui il gene si attacca al DNA è altamente diversificato; utilizza un mix complesso di siti di legame che sono specifici per certi strati e altri che sono condivisi, creando una firma regolatoria unica per ogni tipo di cellula.

Questo lavoro dimostra che l'identità di uno strato cellulare è importante quanto l'identità dell'organo stesso. Lo stesso gene maestro, incaricato di creare un petalo, deve adattare il proprio comportamento per adattarsi al contesto specifico della cellula che abita. Mostrando che lo strato esterno e quello interno di un petalo rispondono allo stesso comando genetico in modi diversi, lo studio conferma che la storia e la posizione di uno strato cellulare influenzano direttamente il modo in cui le istruzioni per costruire un fiore vengono eseguite. Le scoperte forniscono un quadro più chiaro di come le strutture vegetali complesse vengano costruite, andando oltre l'idea di un unico set statico di regole per rivelare un sistema dinamico dove la posizione detta la funzione.