The chloroplast-localised transporter RETICULATA controls palisade mesophyll cell division and expansion
Questo studio rivela che il trasportatore di amminoacidi localizzato nei cloroplasti RETICULATA (RE) controlla la strutturazione degli spazi aerei del mesofillo a palizzata promuovendo la divisione cellulare precoce e sopprimendo l'espansione cellulare tardiva, piuttosto che attraverso la morte cellulare programmata o cambiamenti nell'identità cellulare.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Le foglie non sono fogli di verde solidi; sono strutture porose ripiene di una vasta rete di minuscole sacche d'aria. Questi spazi, annidati tra le cellule che svolgono la fotosintesi, sono essenziali per la vita sulla terraferma. Permettono all'anidride carbonica di scivolare facilmente attraverso la foglia per raggiungere le cellule che ne hanno bisogno, un compito che è migliaia di volte più difficile in acqua rispetto che nell'aria. Sebbene gli scienziati sappiano da tempo che le foglie contengono questi spazi d'aria, le regole precise che governano il modo in cui si formano e si dispongono durante la crescita di una pianta sono rimaste un mistero. Sappiamo che le foglie hanno generalmente due strati di tessuto fotosintetico: uno strato superiore compatto, progettato per catturare la luce in modo efficiente, e uno strato inferiore più lassa e aperto, progettato per lasciare che i gas circolino. Ma come la pianta decida dove collocare l'aria e quanto debbano essere grandi quei vuoti è una domanda che è rimasta senza risposta per decenni.
Un team di ricercatori ha ora scoperto un meccanismo molecolare specifico che controlla questo processo, concentrandosi su una proteina chiamata RETICULATA. Questa proteina agisce come un trasportatore, spostando specifici amminoacidi attraverso la membrana del cloroplasto, l'organello dove avviene la fotosintesi. Per oltre vent'anni, gli scienziati hanno saputo che quando questa proteina è assente, le piante sviluppano foglie con spazi d'aria insolitamente grandi e un distintivo schema a rete di venature verde scuro su uno sfondo pallido. Tuttavia, la ragione di questo cambiamento drammatico era sconosciuta. Alcuni avevano speculato che la proteina mancante causasse la morte delle cellule, creando buchi dove prima c'era il tessuto, mentre altri si chiedevano se le cellule semplicemente cambiassero identità, trasformandosi da un tipo di cellula fogliare in un altro.
Per risolvere questo enigma, i ricercatori hanno studiato una versione mutata della pianta Arabidopsis thaliana che manca della proteina funzionale RETICULATA. Hanno monitorato lo sviluppo delle foglie dal momento in cui emergevano, utilizzando coloranti speciali e microscopi per osservare la formazione degli spazi d'aria in tempo reale. Hanno scoperto che la mutazione non influenzava tutte le parti della foglia allo stesso modo. Lo strato inferiore, spugnoso, della foglia si sviluppava normalmente, con gli spazi d'aria che si formavano al ritmo consueto. Lo strato superiore, invece, compatto, andava fuori controllo. Nelle piante mutanti, gli spazi d'aria in questo strato superiore si espandevano molto più velocemente e diventavano significativamente più grandi rispetto alle piante normali, finendo per occupare quasi metà del volume di quel tessuto.
Il team ha sistematicamente escluso le spiegazioni più ovvie per questo fenomeno. Hanno cercato segni di morte cellulare, controllando la presenza di cellule morte che potessero essersi collassate per creare lo spazio extra, ma non ne hanno trovate. Hanno anche esaminato se le cellule avessero semplicemente cambiato ruolo, trasformandosi da cellule cattura-luce in cellule di scambio gassoso, ma i marcatori genetici hanno mostrato che le cellule rimanevano fedeli alla loro identità originale. Le cellule erano ancora del tipo corretto, solo che si comportavano diversamente. Invece di morire o cambiare natura, le cellule nella foglia mutante si dividevano più lentamente del normale. Poiché le cellule non si moltiplicavano abbastanza velocemente da riempire lo spazio, i vuoti tra di esse crescevano. Inoltre, man mano che la foglia continuava a crescere, queste poche cellule si espandevano per diventare molto più grandi del normale, assumendo una strana forma lobata che somigliava un po' alle cellule dello strato inferiore, nonostante fossero geneticamente distinte.
I ricercatori hanno concluso che la proteina RETICULATA è essenziale per la normale crescita dello strato superiore della foglia. Sembra che agisca come un regolatore che assicura che le cellule si dividano al ritmo giusto durante lo sviluppo precoce. Senza di essa, le cellule si dividono troppo lentamente e la foglia compensa allungando le cellule rimanenti, creando spazi eccessivi e forme irregolari. Questa scoperta suggerisce che il cloroplasto, attraverso la sua capacità di gestire gli amminoacidi, svolge un ruolo diretto e attivo nel dare forma alla struttura fisica della foglia, piuttosto che essere solo una vittima passiva dello stress. Rivela un legame nascosto tra l'equilibrio chimico all'interno delle fabbriche di energia di una pianta e il progetto architettonico della foglia stessa.
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