MODIFYING PHYLLOTAXIS IN BRASSICA SEED CROP SPECIES FOR YIELD IMPROVEMENT
In un mondo in continua crescita è cruciale aumentare le rese agricole per garantire un adeguato accesso al cibo a tutta la popolazione mondiale, minimizzando l’impatto ambientale. La resa di una pianta è influenzata da molti fattori, tra cui l’architettura dell’infiorescenza e la sua organizzazione geometrica, detta fillotassi. Nonostante i secoli di studi, il meccanismo alla base della disposizione fillotattica è ancora parzialmente sconosciuto, soprattutto nelle specie che non vengono usate come modello nella ricerca. Inoltre, l’impatto della fillotassi sulla resa non è ancora chiaro. In questa tesi, ho affrontato queste domande. Per prima cosa ho raccolto dati a favore dell’ipotesi di un legame diretto tra fillotassi e resa, descrivendo svariati genotipi di Arabidopsis mutati in dei geni REM, con una fillotassi perturbata e un maggior numero di silique sull’infiorescenza primaria. A seguito di questo risultato, ho investigato la conservazione di questo meccanismo in una coltura di rilevanza economica, Brassica napus (colza). Ho identificato i candidati geni omologhi nella colza e confermato la loro espressione nei tessuti riproduttivi. In aggiunta, ho dimostrato che possono influenzare la fillotassi in Arabidopsis, risultato che suggerisce che i geni conservino il loro ruolo nelle due specie. Test di interazione proteici hanno suggerito che anche l’interazione tra i REM, e tra REM e il pathway dell’auxina possa essere in parte conservata. Per dimostrare definitivamente il ruolo dei REM nella fillotassi e resa della colza, ho cercato di generare gli omologhi mutanti REM nella specie tramite editing mediato dalla tecnologia CRISPR-Cas9. Dopo una selezione in silico e sperimentale dei gRNAs, mi sono concentrati sulla trasformazione mediata da Agrobatterio. Dai miei risultati, risultano necessarie sia un’ottimizzazione dei protocolli di trasformazione che di editing se vogliamo applicare le moderne tecnologie molecolari in Brassica napus. Infatti, nella mia esperienza i protocolli di trasformazione sono risultati inefficienti e bisognosi di consolidate capacità tecniche, e la macchina di editing nei trasformanti è risultata inefficiente (in accordo con i dati in letteratura). L’ ottimizzazione di queste tecniche potrebbe esponenzialmente velocizzare sia la ricerca di base che quella applicata nella colza e aprire nuove possibilità nel disegno razionale delle colture. Infatti, mutanti multipli sono spesso richiesti per ottenere fenotipi in genomi ridondanti come quello della colza, e ottenerli tramite mutagenesi casuale richiede molto tempo. In conclusione, questo studio applicato rivela nuovi geni associati alla fillotassi e alla resa nella famiglia delle Brassicaceae, contribuendo alla comprensione dei meccanismi alla base dell’architettura dell’infiorescenza e offrendo informazioni utili per disegnare strategie sostenibili per aumentare la produttività delle colture.
Brassica napu, Arabidopsi, phyllotaxi, yield, inflorescence, translational research, auxin, transformation, genome editing, Settore BIOS-14/A - Genetica
Networked Digital Library of Theses and Dissertations