Studio funzionale di due geni MADS-box (FaSHP e TM8) coinvolti nello sviluppo di strutture carnose con funzione "frutto"

Il frutto, definito in termini botanici come struttura che si sviluppa da un ovario fiorale in seguito ad un evento di fecondazione, è una struttura peculiare delle Angiosperme. Esso ha contribuito in modo rilevante al successo riproduttivo di queste piante essendo principalmente deputato al processo di dispersione dei semi che si sviluppano al suo interno. Tuttavia, la necessità di disperdere i semi nell'ambiente non è unica delle Angiosperme, anche le Gimnosperme producendo semi devono affrontare questa problematica. Sebbene esse non presentino fiori, e pertanto non siano in grado di produrre veri frutti, vi sono molte specie che circondano i propri semi con delle strutture carnose che hanno lo scopo di facilitarne la dispersione, e sono quindi simili ai veri frutti da un punto di vista funzionale. Alla luce di queste considerazioni risulta chiaro che studiare i meccanismi che regolano lo sviluppo e la maturazione dei frutti è importante anche sotto il profilo evolutivo. Recentemente è stato scoperto che gli omologhi di alcuni geni MADS-box che controllano lo sviluppo e maturazione dei veri frutti, sono espressi anche nelle strutture carnose associate ai semi di alcune Gimnosperme (Lovisetto et al., 2012), suggerendo una possibile conservazione di parte dei meccanismi molecolari di base che regolano la formazione delle strutture coinvolte nella dispersione dei semi. Poiché la caratterizzazione funzionale di tali geni risulta difficile nelle Gimnosperme, per il presente lavoro si è deciso di focalizzare l'attenzione su due geni di Angiosperme, omologhi dei geni identificati nelle Gimnosperme. In particolare è stata condotta la caratterizzazione funzionale del gene FaSHP di fragola e del gene TM8 di pomodoro. FaSHP è un gene MADS-box, appartenente al clade PLENA della sottofamiglia AGAMOUS, che è stato isolato mediante lo screening di una libreria di cDNA di frutto rosso e che è risultato essere espresso nel frutto con un profilo di espressione maturazione-specifico. Per alcuni geni appartenenti a questa classe è già stato definito un ruolo di regolazione durante la maturazione dei frutti climaterici. Quindi, si è deciso di caratterizzare funzionalmente il gene FaSHP conducendo degli esperimenti di silenziamento e sovra-espressione transiente in frutti di fragola che sono invece non-climaterici. Il rallentamento e l’accelerazione della maturazione riscontrati nei frutti rispettivamente sotto- e sovra-esprimenti il gene, insieme alla modificata espressione di vari geni marcatori del processo di maturazione, suggeriscono che FaSHP possa essere uno dei protagonisti del network molecolare che regola la maturazione del frutto di fragola. Inoltre, l'analisi di espressione del gene in seguito ai trattamenti ormonali con auxina ed ABA (regolatori chiave per la maturazione di fragola) e l'identificazione nel promotore del gene di segnali di risposta ai due ormoni, hanno indotto ad ipotizzare che FaSHP possa fungere, almeno in parte, da mediatore nella regolazione della maturazione da parte di questi fitormoni. I dati ottenuti in questa prima parte del lavoro indicano dunque che FaSHP possa essere un master gene nella maturazione del frutto di fragola. Considerando che geni AGAMOUS-like sono espressi anche durante lo sviluppo delle strutture carnose delle Gimnosperme, e che queste ultime, come il frutto di fragola, sono dei falsi frutti, si può ipotizzare che anche nelle Gimnosperme i geni di tipo AGAMOUS abbiano un ruolo simile a quello definito per FaSHP. TM8 è invece il primo gene ad essere stato isolato nell’ambito di un gruppo di geni MADS-box ad oggi poco studiati. Andando ad analizzare la sua espressione si è osservato come i trascritti siano presenti in modo pressoché ubiquitario nella pianta, in maniera del tutto simile a quanto già definito per i geni TM8-like delle Gimnosperme. In pomodoro, tuttavia, i trascritti raggiungono un massimo nel fiore. Per far luce sul ruolo di TM8 sono state prodotte piante transgeniche che sovra-esprimono il gene e piante che invece lo sovra-esprimono nella forma di repressore trascrizionale. La presenza di stami dialitici nelle piante sovra-esprimenti TM8 ha indotto a supporre un possibile ruolo del gene nel terzo verticillo fiorale, ipotesi supportata anche dall'analisi di espressione di altri geni MADS-box di identità fiorale. Oltre alla possibile funzione durante lo sviluppo del fiore, l'analisi fenotipica e molecolare delle piante sovra-esprimenti il gene nella forma di repressore trascrizionale ha portato ad ipotizzare un possibile coinvolgimento di TM8 anche nello sviluppo di altri organi della pianta, sia vegetativi (foglia) che riproduttivi (frutto). Questa funzione del gene in varie fasi del ciclo vitale della pianta supporta l'idea che i geni di tipo TM8 siano geni antichi, originatisi precocemente durante l'evoluzione dei geni MADS-box. Inoltre, il coinvolgimento del gene TM8 di pomodoro nello sviluppo del frutto suggerisce che anche nelle Gimnosperme, dove tali geni sono espressi in modo simile nelle strutture carnose deputate alla disseminazione, essi possano intervenire durante lo sviluppo dei "frutti"