Meccanismi di risposta di simbionti lichenici allo stress foto-ossidativo

2012/2013I licheni, una simbiosi mutualistica tra un fungo (il micobionte), generalmente un ascomicete, e una o più popolazioni di alghe e/o cianobatteri (il fotobionte) sono considerati forme di vita estremofile in quanto da disidratati possono resistere a condizioni ambientali molto difficili come elevati irraggiamenti solari, scarsa disponibilità d'acqua e di nutrienti e dosi elevate di inquinanti aerodiffusi. Tali fattori di stress tuttavia inducono una sovrapproduzione a livello cellulare di specie reattive dell'ossigeno (ROS), che se eccede le difese antiossidanti genera stress ossidativo. L'accumulo delle ROS è un fenomeno molto pericoloso perché porta al danneggiamento di importanti macromolecole come lipidi, proteine e DNA ed in casi estremi può condurre anche alla morte cellulare. Sebbene gli effetti dello stress foto-ossidativo nei licheni siano già stati studiati, in questo dottorato di ricerca si è voluto approfondire alcuni aspetti ancora poco chiari relativi alla resistenza dei fotobionti a questo stress e alla resistenza dei licheni allo stress ossidativo indotto dalla presenza di elevate concentrazioni di inquinanti fotochimici come l'ozono (O3). Sul primo filone di ricerca sono stati condotti due studi. Nel primo ci si è focalizzati sugli effetti dello stress foto-ossidativo su parametri fisiologici di vitalità (ChlaF) e di produzione di ROS in un fotobionte lichenico e nella sua controparte lichenizzata. Ciò è stato ottenuto sottoponendo colture axeniche del fotobionte Trebouxia sp. e lobi del lichene Parmotrema perlatum da cui è stato isolato il fotobionte, a diverse combinazioni di umidità relativa e intensità luminose per periodi di tempo crescenti. L'obiettivo di questo studio è stato quello di approfondire le conoscenze sui benefici indotti dalla lichenizzazione nella resistenza al disseccamento e al concomitante stress foto-ossidativo. Il secondo studio invece, strettamente connesso al primo, è focalizzato sulla variazione di espressione genica dell'intero trascrittoma del fotobionte Trebouxia gelatinosa, isolato dal lichene Flavoparmelia caperata (L.) Hale, indotta da eventi di disidratazione e reidratazione. Con questo studio si è voluto individuare ed analizzare i meccanismi molecolari alla base della tolleranza di questo organismo al disseccamento e al concomitante stress fotoossidativo. Sul secondo filone di ricerca invece è stato condotto uno studio sulle risposte fisiologiche, citologiche e biochimiche del lichene Flavoparmelia caperata (L.) Hale sottoposto a fumigazioni con O3 e mantenuto a diversi regimi di idratazione e di umidità relativa ambientale. L'obiettivo di questo studio è stato quello di verificare se la tolleranza di questo lichene allo stress ossidativo derivante dall'esposizione all'O3 dipende da una strategia O3-avoidant, imputabile alla sua inattività metabolica durante le ore della giornata in cui si verifica il picco dell'O3, oppure da una O3-tolerant, dovuta invece alla presenza di un cospicuo ed efficace corredo di difese antiossidanti. Il primo studio ha dimostrato che il fotobionte algale al di fuori della simbiosi è in grado di resistere a livelli elevati di stress foto-ossidativo anche per periodi molto lunghi. Tuttavia è stato confermato che la simbiosi adduce benefici importanti come l'aumento della capacità di estinzione dell'energia accumulata dalle clorofille attraverso meccanismi non fotochimici e un ridotto effetto ossidativo indotto dal disseccamento. Questi risultati ci hanno permesso di sfatare l'ormai consolidata idea che i fotobionti algali, in particolare quelli del genere Trebouxia, siano particolarmente delicati e incapaci di tollerare autonomamente (al di fuori della simbiosi) fattori di stress abiotici come quelli che intervengono durante il disseccamento. Dai risultati del secondo studio è emerso che il fotobionte T. gelatinosa per far fronte alle importanti alterazioni dovute alla perdita d'acqua, si affida soprattutto a meccanismi che intervengono durante la fase di reidratazione. I più importanti coinvolgono molecole di riparazione “chaperone”, e. g. “Heath Shock Proteins”, e proteine della famiglia “Desiccation Related Proteins”, la cui funzione è ancora sconosciuta, ma visto l'elevato numero, la loro diversità intraspecifica e la sensibilità ai cambi di contenuto idrico, sembrano giocare un ruolo molto importante. Paradossalmente invece non sono state osservate alterazioni nell'espressione di geni collegati alle difese antiossidanti, che è sempre rimasta a livelli costitutivi. Ciò è stato interpretato come una strategia che permette all'organismo di avere sempre a disposizione mRNA per la neo-sintesi di nuovi enzimi coinvolti nelle difese antiossidanti. Infine nell'ultimo studio è stata riconfermata l'elevata resistenza del lichene F. caperata allo stress ossidativo derivato dall'esposizione all'O3 in quanto alla concentrazione utilizzata, ovvero il massimo registrato nell'ambiente alle nostre latitudini, non è stato osservato alcun effetto sulla vitalità nonostante sia stata osservata una notevole produzione di ROS. L'effetto ossidativo dell'O3 infatti è stato controbilanciato dalle difese antiossidanti le quali si sono mostrate altamente sensibili all'esposizione ed efficaci anche a bassi contenuti idrici. Lo stress ossidativo derivante da fattori abiotici di origine naturali e antropica dunque sembra essere gestito efficacemente sia dai licheni che dai loro fotobionti isolati, grazie ad efficienti difese antiossidanti e all'intervento di meccanismi di riparazione del danno.XXVI Ciclo198