Ad oggi l’urea risulta essere la fonte azotata maggiormente applicata alle colture, rappresentando oltre il 50% del consumo mondiale dei fertilizzanti azotati (http://www.fertilizer.org/ifa/Home-Page/STATISTICS/Production-and-trade, 2008). Negli ultimi anni molteplici evidenze sperimentali hanno dimostrato come le piante siano in grado di utilizzare direttamente l’urea grazie a specifici trasportatori che mediano il suo assorbimento a livello radicale. Tuttavia nel terreno la presenza di ureasi microbiche determina l’idrolisi dell’urea liberando ammonio che, in seguito a processi ossidativi, viene convertito in nitrato. Risulta quindi evidente come le radici siano esposte a una compresenza di varie fonti azotate sia organiche (oltre all’urea anche amminoacidi, peptidi) che inorganiche (ammonio, nitrato) il cui effetto a livello molecolare rimane ancora da chiarire. Nel presente lavoro si è voluto indagare l’effetto di fonti azotate quali urea e nitrato sull’espressione genica in radici di Zea mays. Pertanto mediante approccio microarray (chip 12X135k a tecnologia NimbleGen per il monitoraggio di ca. 60,000 trascritti di mais) è stato possibile rilevare variazioni nei profili trascrizionali in radici di piante esposte per 8h a urea (U) e nitrato (N) forniti singolarmente o in combinazione (UN). L’analisi statistica dei dati ha rilevato che solo un numero limitato di geni viene significativamente influenzato dal trattamento: l’esposizione delle radici a U, N, UN ha determinato rispettivamente 4,89,132 trascritti differenzialmente espressi rispetto a radici non esposte ad alcuna fonte azotata. Di particolare interesse è risultata la modulazione di geni coinvolti nei processi di assimilazione dell’azoto, (quali ZmNR codificante per la Nitrato riduttasi , ZmNiR per Nitriro riduttasi, ZmGS per Glutammina sintetasi) per i quali la presenza di urea fornita in combinazione con il nitrato sembra favorirne l’espressione. Tale osservazione è stata confermata da analisi Real-time RT-PCR condotte su campioni radicali di piante esposte per un periodo massimo di 24 h ai diversi trattamenti. In radici di piante esposte al solo nitrato è risultata evidente la sovra-regolazione transitoria di ZmNR2, ZmNiR e ZmGS2; tale fenomeno non è presente in piante trattate con sola urea, mentre è osservabile in piante trattate con nitrato e urea fornite in combinazione, nelle quali i livelli di espressione, in particolare di ZmGS2, risultano superiori a quelli registrati in piante trattate con solo nitrato. I risultati ottenuti indicano come la presenza dell’urea nella soluzione extra-radicale possa modulare l’assorbimento del nitrato, determinando, in particolare, una variazione dell’espressione di geni codificanti per l’assimilazione dell’anione.

Effetto di urea e nitrato sull’espressione genica in radici di Zea mays

ZAMBONI, Anita;VARANINI, Zeno;
2012

Abstract

Ad oggi l’urea risulta essere la fonte azotata maggiormente applicata alle colture, rappresentando oltre il 50% del consumo mondiale dei fertilizzanti azotati (http://www.fertilizer.org/ifa/Home-Page/STATISTICS/Production-and-trade, 2008). Negli ultimi anni molteplici evidenze sperimentali hanno dimostrato come le piante siano in grado di utilizzare direttamente l’urea grazie a specifici trasportatori che mediano il suo assorbimento a livello radicale. Tuttavia nel terreno la presenza di ureasi microbiche determina l’idrolisi dell’urea liberando ammonio che, in seguito a processi ossidativi, viene convertito in nitrato. Risulta quindi evidente come le radici siano esposte a una compresenza di varie fonti azotate sia organiche (oltre all’urea anche amminoacidi, peptidi) che inorganiche (ammonio, nitrato) il cui effetto a livello molecolare rimane ancora da chiarire. Nel presente lavoro si è voluto indagare l’effetto di fonti azotate quali urea e nitrato sull’espressione genica in radici di Zea mays. Pertanto mediante approccio microarray (chip 12X135k a tecnologia NimbleGen per il monitoraggio di ca. 60,000 trascritti di mais) è stato possibile rilevare variazioni nei profili trascrizionali in radici di piante esposte per 8h a urea (U) e nitrato (N) forniti singolarmente o in combinazione (UN). L’analisi statistica dei dati ha rilevato che solo un numero limitato di geni viene significativamente influenzato dal trattamento: l’esposizione delle radici a U, N, UN ha determinato rispettivamente 4,89,132 trascritti differenzialmente espressi rispetto a radici non esposte ad alcuna fonte azotata. Di particolare interesse è risultata la modulazione di geni coinvolti nei processi di assimilazione dell’azoto, (quali ZmNR codificante per la Nitrato riduttasi , ZmNiR per Nitriro riduttasi, ZmGS per Glutammina sintetasi) per i quali la presenza di urea fornita in combinazione con il nitrato sembra favorirne l’espressione. Tale osservazione è stata confermata da analisi Real-time RT-PCR condotte su campioni radicali di piante esposte per un periodo massimo di 24 h ai diversi trattamenti. In radici di piante esposte al solo nitrato è risultata evidente la sovra-regolazione transitoria di ZmNR2, ZmNiR e ZmGS2; tale fenomeno non è presente in piante trattate con sola urea, mentre è osservabile in piante trattate con nitrato e urea fornite in combinazione, nelle quali i livelli di espressione, in particolare di ZmGS2, risultano superiori a quelli registrati in piante trattate con solo nitrato. I risultati ottenuti indicano come la presenza dell’urea nella soluzione extra-radicale possa modulare l’assorbimento del nitrato, determinando, in particolare, una variazione dell’espressione di geni codificanti per l’assimilazione dell’anione.
mais; urea; microarray
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11562/758966
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