Utilizzo di metodologie genetico-molecolari nell'identificazione di nuovi geni regolatori di GIGANTEA in Arabidopsis thaliana

Negli organismi e in particolare nel regno vegetale, l’orologio biologico o “circadian clock” ha la funzione di regolare molti dei processi fisiologici e metabolici. Diversi geni e proteine che partecipano alla regolazione del clock sono stati identificati per lo più attraverso l’uso della biologia molecolare. Tuttavia, le scoperte fatte fino a questo momento non sono sufficienti per spiegare e comprendere a fondo la complessità dei meccanismi del clock, indicando che molti dei suoi regolatori sono ancora a noi sconosciuti. Dati sperimentali e modelli matematici suggeriscono fortemente che il gene GIGANTEA (GI) può essere uno di questi regolatori; in mutanti gi si osserva l’alterazione delle altre componenti chiave dell’orologio. GI è anche coinvolto in altri processi fisiologici di notevole importanza come l’induzione fotoperiodica e la risposta alla luce rossa e blu, suggerendo un importante ruolo di questo gene nei processi di sviluppo delle piante. Malgrado l’importanza di GI in tali processi, la sua funzione biochimica e la sua regolazione a livello molecolare sono aspetti ancora da chiarire. Il principale obiettivo di questo progetto è quello di incrementare le conoscenze attuali sul funzionamento del clock e, più nello specifico, di comprendere i meccanismi alla base della regolazione di GIGANTEA. Il trascritto del gene è regolato dal circadian clock ed è caratterizzato da un picco di espressione durante il pomeriggio. Il progetto è stato dedicato maggiormente all’identificazione di nuovi geni o alleli, che ritardano o anticipano il picco di espressione di GI (GI timing). Questi sono identificati con lo studio delle variazioni genetico-naturali, effettuato attraverso il QTL mapping e fine mapping di differenti accessioni di Arabidopsis thaliana. Per perseguire tali obiettivi, il promotore di GIGANTEA è stato fuso col gene della luciferasi, ottenendo così un gene reporter che permette di monitorarne l’espressione, andando così a definire un preciso GI timing; diversi ecotipi di Arabidopsis sono stati trasformati con questo costrutto e il picco di espressione del gene è stato assunto come tratto fenotipico. Diverse accessioni di Arabidopsis mostrano differenti GI timing e le stesse sono state incrociate, al fine di generare delle popolazioni (mapping population) utilizzate per mappare i QTL (Quantitative Trait Loci) che regolano il tratto fenotipico. Nel caso specifico sono state studiate tre accessioni: Columbia, Dijon G e Lip 0, che mostrano differenti fenotipi; Columbia ha un GI timing anticipato di circa un’ora e mezzo (early phenotype) rispetto a quello di Dijon G e Lip 0 (late phenotype). Il QTL mapping effettuato sulla F2 population di Columbia X Lip 0 cross e Columbia X Dijon G cross ha evidenziato la presenza di numerosi QTL responsabili della regolazione del GI timing. Il fine mapping di alcuni di questi QTL ha suggerito che il gene PHYB (fitocromo B) è uno dei regolatori di GIGANTEA. Gli studi effettuati sull’espressione dei geni appartenenti all’orologio biologico hanno invece messo in evidenza che un’altra componente genica del clock, di nome CCA1, è in stretta relazione con GI ed è caratterizzata da differenti timing nei tre ecotipi studiat