Dinamica trascrizionale degli ecotipi di Arundo donax L. ai trattamenti a lungo termine con sale e cadmio mediante l'analisi basata sul RNA-Seq

La domanda globale di fonti di energia sostenibili è fortemente aumentata nel corso degli ultimi anni. La produzione di biomassa derivante da colture bioenergetiche in suoli non utilizzabili per le coltivazioni può giocare un ruolo importante non solo nel ridurre le emissioni di gas a effetto serra (GHGs) responsabili del cambiamento climatico, ma anche nel soddisfare l’incremento della domanda di produzione di energia sostenibile, evitando ulteriori rischi sulla sicurezza alimentare. I biocombustibili di seconda generazione, i quali derivano dagli organismi viventi noti come colture bioenergetiche, sono stati considerati migliori produttori di biomassa rispetto alle colture alimentari, in quanto consentono di ottenere elevate rese di etanolo per unità di area coltivata. Tra le diverse colture bioenergetiche, Arundo donax L. è la specie vegetale più promettente nel bacino del Mediterraneo grazie al suo elevato rendimento in biomassa, al basso fabbisogno nutritivo e alla sua notevole capacità di crescere in suoli marginali, cosi come in condizioni ambientali sfavorevoli. Sebbene, la capacità di Arundo donax di tollerare un’ampia varietà di stress abiotici sia stata riportata in passato, lo studio a livello molecolare della risposta a condizioni ambientali avverse è in fase iniziale. Considerando l’impatto della salinizzazione dei suoli sulle aree agricole localizzate nel bacino del Mediterraneo, congiuntamente alla mancanza di informazioni sul meccanismo molecolare coinvolto nella risposta di A. donax allo stress salino, un’obiettivo di questa tesi è stato il sequenziamento del trascrittoma fogliare e l’assemblaggio de novo del trascrittoma di due ecotipi di A. donax (G2 e G34) sottoposti a due livelli di stress salino prolungato (S3, severo e S4, estremo). Il risultato che emerge dall’identificazione dei geni coinvolti nella risposta allo stress salino nel clone G2 è consistente con una risposta dipendente dalla concentrazione salina, suggerendo che il trattamento salino estremo (S4) comporta una profonda riprogrammazione del trascrittoma; in particolare si è osservata una modifica dell’espressione genica che testimonia la conversione dal ciclo fotosintetico C3 al C4. Sebbene A. donax si moltiplichi per via vegetativa da rizomi o segmenti di culmi, è stata osservata una differente espressione genica tra i cloni G2 e G34 non solo in campioni trattati con lo stress salino, ma anche nei campioni controllo. Difatti, il trattamento salino severo (S3) applicato sull’ecotipo G34 ha indotto un numero minore di geni differenzialmente espressi rispetto a quelli ottenuti nell’ecotipo G2 a parità di concentrazione salina. Inoltre, l’analisi comparativa condotta tra l’ecotipo G2 sottoposto al trattamento S4 (stress salino estremo) e l’ecotipo G34 sottoposto al trattamento S3 (stress salino severo) evidenzia una risposta simile, suggerendo che l’ecotipo G34 risponde a concentrazioni più basse di stress salino. Inoltre, visto l’incremento crescente di suoli contaminati da metalli pesanti, è stata effettuata un’analisi trascrittomica globale con assemblaggio de novo sia in foglia che radice dell’ecotipo G10 sottoposto a trattamento con cadmio. L’analisi dei dati di espressione genica ha condotto all’identificazione di geni specificatamente sovra-regolati nelle radici sottoposte al trattamento con il cadmio rispetto alle foglie. I dati di trascrittomica indicano che le radici svolgono un ruolo primario nell’interazione con il cadmio anche in funzione del fatto che solo un ridotto numero di geni differenzialmente espressi è stato riscontrato nel tessuto fogliare sottoposto al trattamento del cadmio. Inoltre, l’esposizione prolungata al metallo pesamte ha indotto nelle radici l’espressione di molecole segnale indirizzate ad attivare la via di segnalazione a cascata dell’etilene, di geni coinvolti nello stress ossidativo e nel rimodellamento e lignificazione della parte cellulare. L’identificazione di geni candidati coinvolti nella risposta allo stress salino e da cadmio costituisce un importante risorsa per la caratterizzazione delle basi molecolari della risposta di A. donax a condizioni ambientali sfavorevoli. Molti dei geni identificati potranno essere utilizzati per lo sviluppo di varietà di A. donax caratterizzate da una maggiore produttività e tolleranza agli stress. Infine, i marcatori microsatelliti SSR identificati in questo lavoro di tesi sono ideali per la selezione assistita da marcatori (MAS) in programmi di breeding e possono fare luce sulla variabilità fenotipica intraspecifica all’interno degli ecotipi della specie A. donax.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2022

Author dc:creator

• SANTORO, DANILO FABRIZIO

Contributors dc:contributor

• LO PIERO, Angela Roberta

• Bioenergy crops, Poaceae, Arundo donax L., RNA-Seq, De novo assembly, Giant reed, leaf and root transcriptome, Salt stress, SSR, Heavy metals, Cadmium
• Colture bioenergetiche, Poaceae, Arundo donax L., RNA-Seq, assemblaggio De novo, Giant reed, transcrittoma fogliare e radicale, stress salino, SSR, metalli pesanti, cadmio

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581391

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581391