Identification of genes involved in haevy metals tolerance and hyperaccumulation in Arabidopsis halleri and characterisation of a bZIP transcription factor responsible for Cd uptake and translocation to the shoot in Arabidopsis thaliana

Il cadmio (Cd) rappresenta uno dei principali fattori di rischio sia per la salute umana che per l’ambiente: a causa della sua elevata solubilità in acqua, si ha una vasta distribuzione nell’ecosistema, insieme ad un’immediata disponibilità all’assorbimento da parte delle piante e quindi l’ingresso nella catena alimentare. Un’alternativa ai tradizionali sistemi di risanamento ambientale da metalli pesanti, tra cui il Cd, è rappresentata dalla phytoremediation: una tecnica in situ, eco-compatibile ed a basso impatto economico che si pone come obiettivo la rimozione dall’ambiente di agenti inquinanti, sia di natura organica che inorganica, attraverso l’uso di organismi vegetali. In particolar modo, la fitoestrazione prevede l’utilizzo di piante in grado di rimuovere tali inquinanti da siti contaminati e accumularli nei propri tessuti epigei (Pilon-Smits, 2005). L’identificazione di numerose specie vegetali iperaccumulatrici in grado di tollerare, ma soprattutto di accumulare, elevate quantità di metalli pesanti nei propri tessuti, dimostra che le piante possiedono il potenziale genetico per tollerarli e rimuoverli da matrici contaminate. Un esempio è rappresentato da Arabidopsis halleri (appartenente alla famiglia delle Brassicaceae) in grado di tollerare elevate concentrazioni di Cd, Zn e Pb ed iperaccumulare Cd e Zn (van Rossum et al., 2004). Essendo vicina dal punto di vista filogenetico ad Arabidopsis thaliana, specie modello per studi di genetica molecolare in ambito vegetale, A. halleri riveste un particolare interesse per lo studio dei meccanismi responsabili dell’accumulo e tolleranza ai metalli pesanti. Negli ultimi anni, grazie a studi di genomica funzionale, sono stati identificati numerosi componenti molecolari responsabili della tolleranza e dell’accumulo, ma rimangono ancora da chiarire molti aspetti di fondamentale importanza alla base della regolazione dell’espressione genica, in cui i fattori di trascrizione (TFs), ad esempio, giocano un ruolo chiave. Inoltre, è necessario considerare il contributo apportato dai microorganismi della rizosfera della specie vegetale interessata. È noto infatti che tali microorganismi sono in grado di alterare la mobilità dei metalli presenti nell’ambiente, influenzandone di conseguenza il loro assorbimento da parte dell’apparato radicale della pianta (Lovley, 1995).

Cadmium (Cd) is a main risk for human health and agriculture: this is due to its high solubility in water, which causes its rapid distribution into the environment, an immediate availability to plants and its access into the food-chain. An alternative strategy of environmental remediation from heavy metals, for example Cd, is the phytoremediation: a process applied in situ, ecologically safe (environment friendly) and inexpensive, which has as aim the strip of organic and inorganic contaminants from sites by plants. Particularly, the phytoextraction provide the use of plants able to remove heavy metals and accumulate them in the above-ground tissues (Pilon-Smits, 2005). The identification of numerous hyperaccumulator plants capable to tolerate and accumulate high heavy metal amounts in their tissues, demonstrates that plants own the genetic capacity to tolerate and remove heavy metals from contaminated sites. An example is Arabidopsis halleri (belonging to Brassicaceae family), a plant species tolerant to Cd, Zn and Pb and hyperaccumulator of Cd and Zn (van Rossum et al., 2004). Being phylogenetically related to Arabidopsis thaliana, A. halleri is considered an important model system in studies that concern phytoremediation. Much remains still unknown about the molecular components of the metal-induced signal transduction, and only recently, thanks to differential-expression analyses, it has been possible to identify several genes, for example transcription factors (TFs), involved in heavy metal stress response. Moreover it important to consider the role of microbial community of rhizosphere in heavy metal uptake and translocation to the shoot processes: rhizosphere microorganisms, in fact, are able to modify (alter), directly or indirectly, the heavy metal mobility in soil, influencing their absorption by plant roots (Lovley, 1995).