La famiglia di proteine ​​che percepiscono la forza meccanica – e abilitano il senso del tatto e molte altre importanti funzioni corporee – è anche essenziale per una corretta crescita delle radici in alcune piante, secondo uno studio condotto da scienziati dello Scripps Research Institute e dell’Howard Hughes Medical. Istituto (HHMI).

Questa scoperta, che è stata pubblicata in punti che indicavano l’antica origine evolutiva delle proteine ​​PIEZO, che fino ad ora era caratterizzata principalmente negli animali. I ricercatori dicono che questo progresso nella biologia di base può anche portare a nuove strategie per migliorare i raccolti.

“La nostra scoperta che le proteine ​​PIEZO agiscono come trasmettitori di forze meccaniche nelle piante, così come negli animali, indica la grande importanza di queste proteine ​​per gli organismi viventi sulla Terra”, afferma l’autore principale Syed Ali Reza Mousavi, Ph.D., post-dottorato ricerca. Associato dello Scripps Research Laboratory di Erdem Pataputian, PhD.

“È straordinario che l’evoluzione abbia utilizzato per noi lo stesso tipo di molecole Segnale Tocca e Radici delle piante Per percepire la durezza del suolo “, afferma Pataputian, professore e presidente presidenziale in Neurobiologia presso Scripps Research e ricercatore presso HHMI.

Patapoutian, l’autore principale dello studio, è accreditato di aver scoperto le proteine ​​PIEZO quasi un decennio fa, un’impresa che gli è valsa il Premio Kavli 2020 in Neuroscienze e molti altri premi. Questa scoperta ha portato a una serie di scoperte aggiuntive che fanno luce su una serie di condizioni mediche, dall’insufficienza cardiaca al dolore cronico.

Sensore di forza fisica

Le proteine ​​PIEZO hanno poca somiglianza con qualsiasi altra famiglia di proteine ​​biologiche. Nei mammiferi – l’unica grande classe di animali che è stata studiata così tanto – formano sorprendenti strutture a ventaglio nelle membrane più esterne delle cellule.

Quando allungate o compresse oltre una soglia, queste strutture consentono alle particelle cariche, chiamate ioni, di fluire dentro o fuori le cellule ospiti.

Nei mammiferi, le due proteine ​​PIEZO, PIEZO1 e PIEZO2, costituiscono la base di una varietà di funzioni che richiedono questa trasformazione. Resistenza meccanica Ai segnali cellulari – lavori incl Senso del tattoSensazione delle posizioni del corpo e degli arti che consentono l’equilibrio, sensazione della vescica piena e regolazione della pressione sanguigna.

Il laboratorio di Pataputian et al.ha trovato proteine ​​PIEZO, con apparenti funzioni di rilevamento meccanico, in altri animali tra cui Drosophila Drosophila.

Un ruolo importante nel regno vegetale

Quando si sono evolute queste proteine ​​uniche e versatili nella lunga storia della vita sulla Terra? Per rispondere a questa domanda, Mousavi e altri membri del team di Pataputian hanno esaminato Arabidopsis thaliana, una parente erbacea della pianta di senape che è considerata un modello di laboratorio standard per la ricerca in biologia vegetale. Il genoma di Arabidopsis include un gene che codifica per il tipo PIEZO proteina, Indicando che queste proteine ​​agiscono come sensori meccanici in Il regno vegetale, molto.

Gli scienziati hanno prima esaminato i siti nella pianta in cui si è formata la proteina, PZO1, e hanno scoperto che è concentrata alle estremità delle radici. Dopo aver eliminato il gene PZO1, hanno notato che le piante di Arabidopsis crescevano radici più corte. In una lunga serie di ulteriori esperimenti, hanno scoperto che PZO1 nelle cellule della punta delle radici risponde a stimoli meccanici con flussi ionici, rendendolo così meccanicamente sensibile come le sue controparti dei mammiferi.

Il modo in cui le capacità di rilevamento meccanico di PZO1 aiutano la crescita delle radici rimane un mistero. Ma Mousavi, Pataputian e i loro colleghi sospettano che aiuti le cellule della punta delle radici a percepire e ad adattarsi alle forze meccaniche potenzialmente forti che incontrano quando la radice cerca di penetrare nel suolo, specialmente i terreni più aridi e difficili.

Se l’attività PZO1 aumenta, può essere d’aiuto Le piante Espandere i loro sistemi di radici in condizioni asciutte e avere un migliore accesso all’acqua “, dice Mousavi. Se questo si rivelerà il caso, il potenziamento dell’attività PZO1 potrebbe essere un modo per aumentare Colture agricole In condizioni di terreno difficili, dice.

Mousavi sta ora cercando di chiarire l’esatta funzione di PZO1 in Arabidopsis attraverso esperimenti in condizioni reali. Spera inoltre di studiare il ruolo delle proteine ​​PIEZO nelle colture alimentari tra cui mais e riso.