MADS-box genes expressed during flower development and fruit maturation in Nymphaea caerulea

I geni MADS-box sono stati identificati in tutti gli eucarioti, tuttavia il loro numero si è notevolmente espanso nelle piante, dove le loro funzioni spaziano dalla specificazione degli organi fiorali, allo sviluppo dei frutti, a quello delle radici. Durante lo sviluppo dei fiori, alcuni di essi agiscono come geni selettori omeotici specificando l'identità degli organi fiorali, secondo il modello ABC(D)E. Il modello è stato sviluppato grazie a numerosi studi effettuati in piante Eudicotiledoni e funziona abbastanza bene per spiegare lo sviluppo dei loro fiori. Al contrario, per le Angiosperme basali lo stesso modello non si adatta ugualmente bene, perché i loro fiori possono mostrare un’architettura diversa, e i loro organi fiorali non sono sempre definiti come nelle Eudicotiledoni, possono infatti mostrare forme di transizione per alcuni componenti (ad esempio stami petaloidi). Durante il mio lavoro di dottorato ho studiato i geni MADS-box espressi nelle strutture riproduttive in via di sviluppo dell’Angiosperma basale Nymphaea caerulea. Il lavoro è iniziato con l'isolamento dei geni, dal momento che nessuna sequenza MADS-box appartenente a questa specie era disponibile in database pubblici. Per isolare il maggior numero possibile di geni MADS-box sono stati utilizzati diversi metodi e diversi tessuti di partenza. Nel complesso, sono stati isolati i seguenti geni MADS-box a partire da boccioli fiorali e tessuti di frutto: APETALA1/FRUITFULL, APETALA3 (tre varianti di splicing e due proteine risultanti di diversa lunghezza), PISTILLATA, tre diversi geni AGAMOUS-like (AG1, AG2 e AG3), SEPALLATA, AGL6 e JOINTLESS. Pertanto, sono stati ottenuti e identificati geni appartenenti a tutte le classi funzionali del canonico modello ABC(D)E. Un'analisi dettagliata dell'espressione dei geni isolati ha rivelato dei risultati interessanti. Per quanto riguarda i tessuti fiorali in via di sviluppo, è stato ottenuto uno scenario complesso dei MADS-box espressi, il quale riflette la complessa morfologia del fiore della ninfea oggetto dello studio, ed è in accordo con lavori precedenti condotti su fiori di Angiosperme basali. Considerando che è noto che alcuni fattori di trascrizione MADS-box coinvolti nello sviluppo dei fiori sono reclutati anche per regolare processi di sviluppo post-fecondazione, ho studiato in dettaglio anche lo sviluppo del frutto in questa specie, che è apparso un processo molto interessante e finemente regolato. Lo studio della maturazione del frutto di una ninfea attraverso un approccio molecolare rappresenta l'aspetto più nuovo di questo lavoro. N. caerulea ha un ovario pluricarpellato che dopo la fecondazione si sviluppa in una capsula carnosa. Il frutto matura sott'acqua fino alla sua apertura, che comporta la dispersione di una moltitudine di semi arillati. Osservando dettagliatamente il processo di apertura, è stato possibile identificare alcune zone specifiche della capsula coinvolte in eventi di separazione cellulare come quelli che si verificano nelle zone di abscissione di piccioli e pedicelli negli organi terrestri. Tali osservazioni sono state supportate dall'espressione di geni coinvolti nella determinazione (JOINTLESS) e nell'attivazione (AG2) di queste zone, e dalla presenza di alcuni enzimi di degradazione/rimodellamento della parete cellulare che possono causare eventi di separazione, i quali scatenano il processo di apertura del frutto. Infine, è stato possibile notare che l'effettiva dispersione dei semi in questa specie non è effettuata direttamente dalla sua capsula carnosa, che si dissolve quasi completamente in acqua poco dopo la sua apertura, bensì dagli arilli che circondano i semi.