PRIN PNRR 2022 P2022ZXWLK - Flavodiiron proteins to rethink photosynthesis and boost crop yield (IRONCROP)-Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1-CUP:D53D23022160001

Gli organismi fotosintetici sono i produttori primari che sostengono quasi tutte le forme di vita sul nostro pianeta e sono fonti essenziali di ossigeno, cibo, energia e materiali per l'uomo. Il metabolismo degli organismi fotosintetici è sostenuto dalla raccolta della luce solare che alimenta un trasporto di elettroni, guidando in ultima analisi la sintesi di ATP e di equivalenti riducenti (ad esempio NADPH). Essendo esposti a condizioni ambientali altamente dinamiche, gli organismi fotosintetici devono modulare continuamente la raccolta di energia e il flusso di elettroni nell'apparato fotosintetico per evitare la formazione di specie reattive tossiche. Le proteine Flavodiiron (FLV) sono componenti fondamentali di questo meccanismo di regolazione nei cianobatteri, nelle alghe verdi eucariotiche, nelle piante non vascolari e nelle gimnosperme, mentre sono state perse durante l'evoluzione delle angiosperme. Nel muschio Physcomitrium patens le proteine FLV funzionano come un importante serbatoio di elettroni a valle del fotosistema I, agendo come una valvola di sicurezza dall'eccesso di elettroni in condizioni di luce fluttuante e proteggendo dal fotodanneggiamento. L'assenza di FLV ha un forte impatto negativo sulla crescita di P. patens, mentre le angiosperme possono far fronte all'eccesso di fotoni attivando altri meccanismi come le vie degli elettroni ciclici e la fotorespirazione. Questo apre la strada alla possibilità che l'introduzione di FLV nelle colture tramite l'ingegneria genetica possa avere un effetto positivo sulla produttività delle piante. IRONCROP contribuirà alla comprensione dei meccanismi FLV indagando su questioni specifiche presso UNIPD e UNITO. In primo luogo, lo studio della struttura della proteina FLV e delle proprietà biochimiche in vitro chiarirà il suo meccanismo di attività e regolazione. Poi, la generazione e la caratterizzazione di piante di P. patens con diversi livelli di FLV, eventualmente anche portatrici di mutazioni specifiche, chiarirà il suo impatto sulla regolazione della fotosintesi, del metabolismo vegetale e della crescita in vivo. L'espressione eterologa di FLV in una pianta coltivata (pomodoro) consentirà di valutare il suo impatto sulla crescita e sullo sviluppo nelle Angiosperme, esplorando anche la possibilità di utilizzare questa proteina per migliorare la produttività delle piante. L'impatto di FLV sulla capacità fotosintetica sarà analizzato puntualmente con un approccio biofisico e ampliato da una quantificazione biochimica delle principali molecole coinvolte nella fotosintesi funzionale (ATP. NADPH) e nella risposta allo stress (ROS, perossidi lipidici, 2-fosfoglicolato, apocarotenoidi). La risposta allo stress e la segnalazione retrograda in Physcomitrium saranno ulteriormente caratterizzate studiando l'espressione di geni marcatori della detossificazione cellulare (omologhi di SCL14) in condizioni di luce fluttuante e dopo il trattamento con segnali noti (beta cyclocitral).