OPTIMIZING PHOTOSYNTHESIS IN BARLEY TO INCREASE BIOMASS AND GRAIN YIELD

Lo stallo della produttività agricola richiede sforzi urgenti per gestire la crescita esponenziale della popolazione globale e le sfide poste dai cambiamenti climatici. L'adozione di pratiche agricole sostenibili e il ripristino dei terreni marginali possono contribuire a migliorare le rese, riducendo al contempo l'impatto ambientale. Tuttavia, i maggiori contributi in termini di produttività derivano dal miglioramento genetico. In questo contesto, la fotosintesi, il processo alla base della produzione di energia nelle piante, offre ancora un grande potenziale, come dimostrato dai recenti successi ottenuti grazie ai progressi in ingegneria genetica. In questo studio sono state considerate due strategie a breve termine per migliorare l'efficienza della conversione dell'energia solare nel processo fotosintetico. In primo luogo, la riduzione della dimensione dei complessi di raccolta della luce—che comporta un minore accumulo di clorofilla nelle foglie—promuove una distribuzione più uniforme della luce attraverso la canopia e minimizza i danni da alta luce nelle foglie superiori. In secondo luogo, una più rapida attivazione e disattivazione delle cinetiche del Non-photochemical quenching (NPQ), il componente più rapido della fotoprotezione, migliora la risposta alle fluttuazioni luminose, riducendo così le perdite energetiche. Con questo lavoro di tesi, è stata esplorata la variabilità genetica indotta in orzo, un’importante specie modello, cercando linee con contenuto in clorofilla o cinetiche di NPQ alterate. Il mutante verde pallido TM2490 è stato selezionato attraverso un approccio di genetica diretta ed è stato caratterizzato nel dettaglio a livello molecolare per il suo basso contenuto in clorofilla e le sue migliori prestazioni fotosintetiche. La mutazione responsabile del fenotipo verde pallido è stata mappata con precisione sul genoma di orzo, risultando in una sostituzione R298K nella subunità piccola della Mg-chelatasi, un complesso enzimatico che regola lo step di ramificazione nella biosintesi della clorofilla. Nuovi alleli nei due geni che controllano il ciclo delle xantofille, Violaxantina de-epossidasi (VDE) e Zeaxantina Epossidasi (ZEP), sono stati identificati come candidati promettenti per la modulazione del NPQ. Tra le varianti studiate, è stata osservata una certa variabilità nella cinetica di NPQ, mentre la crescita delle piante e l'apparato fotosintetico sono rimasti inalterati. Per studiare ulteriormente il ruolo di questi alleli in risposta alle fluttuazioni luminose, il background genetico dei mutanti è stato pulito per rimuovere mutazioni indesiderate, mentre due diversi tratti legati alle cinetiche di NPQ sono stati combinati in un’unica linea.

Grantor dc:publisher

Università degli Studi di Milano

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• TORRICELLA, VIOLA

Contributors dc:contributor

• tutor: P. Pesaresi; supervisore: L. Tadini; coordinatore: R. Mantovani
• V. Torricella
• PESARESI, PAOLO
• TADINI, LUCA
• MANTOVANI, ROBERTO

• photosynthesi
• photoprotection
• crop yield improvement
• barley
• chlorophyll biosynthesis
• Settore BIOS-14/A - Genetica
• Settore BIOS-08/A - Biologia molecolare

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/2434/1126549

OAI identifier oai:identifier

oai:air.unimi.it:2434/1126549