Come le piante controllano i loro principi attivi a livello epigenetico
Un nuovo studio mostra come la produzione di sostanze di rilevanza farmaceutica nelle piante solanacee funzioni e sia regolata epigeneticamente
Le piante sono vere e proprie maestre nel produrre un'ampia varietà di sostanze chimiche, ad esempio per proteggersi dai predatori o dagli agenti patogeni. Tra le centinaia di migliaia di sostanze attive delle piante, alcune sono interessanti anche per l'uomo grazie ai loro effetti medicinali. Molte piante di belladonna, ad esempio, producono i cosiddetti withanolidi, un gruppo eterogeneo di steroidi con proprietà rilevanti per la salute. La biosintesi di queste sostanze e la loro regolazione sono state finora poco studiate.
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Il team di ricerca guidato dal professor Claude Becker, genetista presso la Facoltà di Biologia della LMU, ha ora scoperto un gruppo di geni responsabili della sintesi dei withanolidi nel ciliegio di terra (Physalis grisea). Lo studio è stato condotto in collaborazione con partner dell'Istituto Max Planck di Fisiologia Molecolare Vegetale di Golm e dell'Università di Hohenheim ed è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica PNAS. "Nel genoma, gli ammassi genici come quello che abbiamo identificato ospitano i geni che codificano per gli enzimi di una via biosintetica in uno spazio molto ridotto", spiega Becker. "Tali cluster assicurano la regolazione e l'ereditarietà congiunta di questi geni correlati".
Nel caso del cluster dei withanolidi, il team ha trovato una duplicazione nel genoma. I due sottogruppi risultanti formano due unità funzionalmente separate: Uno è attivo esclusivamente nelle radici, l'altro solo nei tessuti vegetali fuori terra. "Ciò che ci ha sorpreso è che la separazione spaziale e funzionale delle due unità sembra essere regolata epigeneticamente", afferma Becker. Le due versioni del cluster differiscono quindi l'una dall'altra in termini di struttura locale e di modifiche chimiche del materiale genetico. I ricercatori ipotizzano che questa separazione permetta alla pianta di costruire una difesa chimica adattata nei tessuti sopra e sotto terra.
Attraverso analisi genomiche comparative, il team è riuscito a dimostrare che la duplicazione del gruppo di geni è avvenuta solo nel gruppo delle ciliegie vescicole e dei loro parenti stretti, mentre il gruppo stesso è fortemente conservato all'interno della famiglia delle belladonna, ma è assente nel pomodoro e nella patata. "Il nostro studio fornisce le prime informazioni sulla produzione del gruppo diversificato e multifunzionale dei withanolidi e fornisce quindi le basi per il potenziale sviluppo di pesticidi alternativi e ingredienti farmaceutici attivi", afferma Becker.
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Pubblicazione originale
Santiago Priego-Cubero, Eva Knoch, Zhidan Wang, Saleh Alseekh, Karl-Heinz Braun, Philipp Chapman, Alisdair R. Fernie, Chang Liu, Claude Becker; "Subfunctionalization and epigenetic regulation of a biosynthetic gene cluster in Solanaceae"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-2-20
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