Integration of plastids in the plant calcium signalling network in response to environmental stimuli.

È noto che innalzamenti transitori nella concentrazione intracellulare di Ca2+ mediano le risposte delle piante a una vasta gamma di stimoli biotici e abiotici. Per chiarire il contributo dei plastidi all’omeostasi del Ca2+ e alle vie di segnalazione mediate dal Ca2+ nella cellula vegetale, sono state generate linee di Arabidopsis thaliana che esprimono stabilmente l’indicatore bioluminescente di Ca2+ equorina indirizzato a diversi subcompartimenti del cloroplasto: la membrana esterna dell’involucro, lo stroma, la membrana tilacoidale e il lume tilacoidale. Misurazioni di Ca2+ in risposta a diversi stimoli ambientali sono state effettuate in plantule e in colture cellulari in sospensione, ottenute da dedifferenziazione in vitro di espianti di Arabidopsis. Il monitoraggio delle dinamiche di Ca2+ ha permesso di evidenziare segnali Ca2+ stimolo-specifici in amiloplasti e cloroplasti, e la presenza di flussi di Ca2+ intraplastidiali indotti dalla transizione luce-buio, caratterizzati da peculiari parametri cinetici. Per ottenere informazioni sui meccanismi di omeostasi che consentono i flussi di Ca2+ nel cloroplasto, una linea mutante difettiva in un putativo trasportatore plastidiale permeabile al Ca2+ è stata trasformata con il costrutto codificante l’equorina chimerica indirizzata allo stroma. I risultati ottenuti hanno fornito nuove evidenze sulla complessa rete di trasduzione intracellulare di stimoli ambientali mediata dal Ca2+ nelle piante. Il complesso kit di sonde basate sull’equorina indirizzata ai cloroplasti si è rivelata un valido strumento per il monitoraggio delle dinamiche di Ca2+ nell’organello durante la trasduzione di segnali ambientali. Nell'ultima parte del lavoro è stata considerata la capacità di Chlamydomonas reinhardtii, un’alga verde unicellulare d'acqua dolce, di rispondere a differenti stimoli ambientali con variazioni della concentrazione intracellulare di Ca2+ ([Ca2+]). Poiché in letteratura non vi sono evidenze a proposito di segnali che inneschino variazioni della[Ca2+] citosolica in Chlamydomonas, il primo passo è stato quello di identificare stimoli ambientali che inducessero innalzamenti della [Ca2+] citosolica nella microalga. Cellule di Chlamydomonas, caricate con il colorante fluorescente sensibile al Ca2+ Oregon Green-BAPTA, sono state trattate con stimoli precedentemente utilizzati in questo lavoro su Arabidopsis. Inoltre, l'alga è stata anche stimolata con uno shock ipoosmotico, che è risultato indurre innalzamenti della [Ca2+] citosolica. La natura di queste dinamiche osservate è stata indagata in maniera approfondita. Nel loro insieme, i risultati ottenuti indicano che alcuni aspetti della segnalazione mediata dal Ca2+ non sembrano essere conservati tra l'alga verde Chlamydomonas e la pianta superiore Arabidopsis, ma altri elementi delle risposte Ca2+ agli shock osmotici sembrano essere simili. Queste differenze potrebbero essere dovute ai diversi strumenti utilizzati nelle vie di segnalazione del Ca2+ che si trovano nelle piante e nelle alghe e/o alla diversa fisiologia di questi organismi modello, entrambi appartenenti alla gruppo delle Viridiplantae. Future indagini sui meccanismi di mobilizzazione del Ca2+ che operano nei diversi organismi fotosintetici di interesse filogenetico potrebbero far luce sulla storia evolutiva delle vie di segnalazione basate sul Ca2+.