Identification of a feral olive dehydrin gene and its development as a tool for drought tolerance in Arabidopsis thaliana

Abstract

Stress abiotici, quali deficit idrico e salinizzazione del suolo influenzano negativamente la crescita delle piante e la produttività delle colture (Liu et al., 2004; Wu et al., 2007). In campo vegetale, tra le strategie sperimentali messe in atto per incrementare la tolleranza a varie tipologie di stress tra cui siccità, salinità e congelamento, l’approccio più efficace è risultato essere l’introduzione, in piante di interesse, di geni codificanti per fattori di trascrizione stress-inducibili o, più in generale, di geni corrrelati alla risposta agli stress, di genotipi vegetali naturalmente stress-tolleranti (Beck et al, 2007). In tale contesto, Olea europaea L. subsp. europaea var. sylvestris, nota comunemente come oleastro, una pianta tipica ed ampiamente diffusa nel bacino del Mediterraneo, presenta molti tratti quali la resistenza al vento ed alla siccità, la capacità di recuperare dopo un incendio, che da una parte potrebbero essere traslati a specie vegetali di importanza agronoma ed economica rilevante, dall’altra ne fanno un candidato eccellente per le pratiche di rimboschimento e della gestione delle zone erose della Macchia Mediterranea (Mulas et Deidda, 1998) . Tra i meccanismi messi in atto dalle piante per fronteggiare stress vari tra cui quello idrico ed osmotico rientra la sintesi di una classe di proteine note come deidrine. Un membro della famiglia genica delle deidrine, denominato OesDHN è stato precedentemente identificato da una libreria a cDNA ottenuta da foglie di piante di Olea europaea subsp. europeae var. sylvestris ed interessantemente i suoi livelli di espressione sono risultati essere up-regolati in piante di oleastro esposte a condizioni di stress idrico e da freddo (Bruno et al., 2010). Le analisi volte a definirne l’omologia di sequenza e l’origine filogenetica hanno dimostrato che OesDHN codifica per una deidrina acida (pI 5.14) costituita da 211 aminoacidi di 23,846 kDa. OesDHN presenta due segmenti K ricchi in lisina ed un segmento S, ricco in serina, caratteristiche tipiche di una deidrina di tipo SK2. Inoltre, l’analisi Southern blot, condotta al fine di analizzare l’organizzazione genomica, ha dimostra che OesDHN è presente in duplice copia nel genoma aploide di oleastro. Al fine di chiarire il ruolo di OesDHN nei meccanismi messi in atto dalle piante in risposta allo stress idrico, abbiamo generato piante transgeniche di Arabidopsis thaliana overesprimenti il gene OesDHN. I risultati ottenuti hanno messo in evidenza che, in condizioni di stress osmotico medio, indotto sperimentalmente aggiungendo una concentrazione 25mM di mannitolo nel mezzo di coltura, l’overespressione del gene eterologo, incrementa la tolleranza delle piante a questa specifica condizione di stress. A conferma di tali risultati, l’analisi in silico condotta ha messo in evidenza la presenza di putativi elementi regolatori stress-inducibili di tipo ABRE e MYB, localizzati nella regione del promotore di OesDHN. Infine, l’analisi confocale sulle linee transgeniche 35S::OesDHN:GFP e 35S::GFP:OesDHN di Arabidopsis thaliana, ha messo in evidenza che la proteina OesDHN è localizzata principalmente a livello nucleare. Nel loro insieme i risultati ottenuti sulla pianta modello Arabidopsis thaliana hanno permesso di chiarire alcuni degli aspetti molecolari chiamati in causa nella tolleranza a svariate condizioni di stress, nelle piante. La prospettiva a lunga scadenza della ricerca affrontata è quella di ampliare le conoscenze utili a definire possibili strategie per incrementare caratteri di tolleranza/resistenza in importanti specie coltivate e non.