Identificazione, caratterizzazione funzionale e valutazione per fitorimedio di geni per la biosintesi di peptidi tiolici in Arundineae

Some metal(loid)s are highly toxic even in trace concentrations, and are among the most common pollutants in sites impacted by industrial activities. Several species of plants have developed systems that can detoxify heavy metals, in particular through the biosynthesis of thiol peptides, namely phytochelatins. Some species of Poaceae belonging to the tribe of Arundineae have been proposed as candidates for phytoremediation of environments contaminated by heavy metals, due to their rapid growth and tolerance to these pollutants. The proposed project is aimed at elucidating the molecular basis of this tolerance and to explore the potential of biosynthetic genes for the production of thiol peptides and enzymes responsible for their synthesis (eg. phytochelatin synthase, constitutive enzyme catalyzing the biosynthesis of phytochelatins) in a species of Arundineae, namely Arundo donax, in order to improve its phytoremediation potential. In particular, the project is articulated in: 1) identification of the genes for the biosynthesis of phytochelatin synthase and for other thiol metabolism-connected enzymes in the transcriptome of A. donax (He et al., 2012; Sablok et al., 2013); 2) characterization of these genes at a genetic level (evolution, gene structure, expression); 3) functional analysis of the enzymes encoded by them (specificity, activity, ability of metal detoxification, regulation of micronutrient homeostasis). The work will be completed by employing also basal land plants and evolutionarily-related algae, in order to obtain solid data of phylogenetic and evolutionary value.

Alcuni metalli pesanti e metalloidi sono elementi altamente tossici anche in traccia, e sono fra gli inquinanti più frequenti in siti impattati da attività industriali. Svariate specie di piante hanno sviluppato sistemi in grado di disintossicare i metalli pesanti, in particolare tramite la biosintesi di peptidi tiolici, chiamati fitochelatine. Alcune specie di Poaceae appartenenti alla tribù delle Arundineae sono state proposte come candidate per la fitodepurazione di ambienti contaminati da metalli pesanti grazie alla loro crescita rapida ed alla tolleranza a questi inquinanti. Il progetto proposto si prefigge di elucidare le basi molecolari di tale tolleranza e di esplorare il potenziale dei geni biosintetici per la produzione di peptidi tiolici e di enzimi preposti alla loro sintesi (es. Fitochelatina Sintasi, enzima costitutivo catalizzante la biosintesi delle fitochelatine) in una specie di Arundineae, Arundo donax, per migliorarne il potenziale di fitodepurazione. In particolare, il progetto si articola in: 1) Identificazione dei geni per la biosintesi di Fitochelatina Sintasi del metabolismo tiolico nel trascrittoma di A. donax (He et al, 2012; Sablok et al, 2013);
 2) Caratterizzazione degli stessi a livello genetico (evoluzione, struttura genica, espressione); 3) Analisi funzionale degli enzimi da essi codificati (specificità, attività, capacità di disintossicazione di metalli pesanti, regolazione dell’omeostasi di micronutrienti). Il lavoro sarà completato anche impiegando piante terrestri basali e alghe con esse imparentate, al fine di acquisire dati solidi di ordine filogenetico ed evolutivo.