Studio dei meccanismi coinvolti nello scavenging delle ROS in due varietà di riso (Oryza sativa ssp. japonica) con diversa sensibilità allo stress salino

Soil salinization is a growing phenomenon that increasingly affects agricultural land, limiting its productivity. Italy is not exempt from the problem of salinization and several areas are affected, particularly those included in the northern regions of the peninsula, where the cultivation of rice, a plant highly sensitive to salt, is such as to have an important role in the economy of the country. During saline-type stress there is an increase beyond the physiological levels of reactive oxygen species (ROS), which cause ubiquitous damage to cellular structures and components. To restore redox balance, plants produce metabolites and activate ROS scavenging enzymes. Plants that produce, constitutively or inducibly, higher levels of molecules or enzymes in response to ROS, have a greater tolerance to stress. In this thesis, the main REDOX control systems (ascorbate and glutathione and the network of enzymes that connect these metabolites) in seedlings of two varieties of rice widely cultivated in northern Italy (Vialone Nano and Baldo), which have different resistance to stress, were analyzed saline. The results obtained highlight how, even under controlled growth conditions, in plants of the Baldo variety (more resistant to salt stress) some enzymes of the ascorbate-glutathione system are significantly enhanced compared to the more sensitive Vialone Nano variety. To investigate the defense responses of the two varieties, cell cultures were obtained from the seeds of the two cultivars which, in the most intense growth phase, were subjected to saline stress of different intensities (50-150 mM). Data obtained on cell cultures confirmed that the Baldo cultivar has enhanced ROS-scavenger systems compared to Vialone Nano. Furthermore, some genes involved in early oxidative stress responses (eg APX1) are expressed more rapidly in Baldo than in Vialone Nano. Another parameter for which the two varieties differ significantly is the efficiency in maintaining high endogenous levels of K + and in reducing those of Na + through a differentiated expression of the channels responsible for the fluxes of these ions.

La salinizzazione dei suoli è un fenomeno in crescita che interessa sempre più i terreni agricoli, limitandone la produttività. L'Italia non è esente dal problema della salinizzazione e ad essere colpite sono diverse aree ed in particolare quelle comprese nelle regioni del nord della penisola, in cui la coltivazione del riso, pianta altamente sensibile al sale, è tale da avere un peso importante nell'economia del Paese. Durante lo stress di tipo salino c'è un aumento oltre i livelli fisiologici delle specie reattive dell'ossigeno (ROS), che causano danni ubiquitari alle strutture e alle componenti cellulari. Le piante, per ristabilire l'equilibrio redox, producono metaboliti ed attivano enzimi di scavenging delle ROS. Le piante che producono, in maniera costitutiva o inducibile, maggiori livelli di molecole o enzimi di risposta alle ROS, hanno una maggiore tolleranza agli stress. In questa tesi sono stati analizzati i principali sistemi di controllo REDOX (ascorbato e glutatione e network degli enzimi che collegano questi metaboliti) in plantule di due varietà di riso molto coltivate nel nord Italia (Vialone Nano e Baldo), che hanno diversa resistenza allo stress salino. I risultati ottenuti mettono in evidenza come, anche in condizioni di crescita controllo, nelle piante della varietà Baldo (più resistente allo stress salino) alcuni enzimi del sistema ascorbato-glutatione siano sensibilmente potenziati rispetto alla varietà Vialone Nano più sensibile. Per approfondire le risposte di difesa delle due varietà, dai semi delle due cultivar sono state ottenute colture cellulari che, nella fase di più intensa crescita, sono state sottoposte a stress salino di diverse intensità (50-150 mM). I dati ottenuti sulle colture cellulari hanno confermato che la cultivar Baldo ha sistemi ROS-scavenger potenziati rispetto a Vialone Nano. Inoltre alcuni geni coinvolti nelle risposte precoci di stress ossidativo (es. APX1) sono espressi più rapidamente in Baldo che in Vialone Nano. Un altro parametro per il quale le due varietà differiscono significativamente è l'efficienza nel mantenere elevati i livelli endogeni di K+ e di ridurre quelli di Na+ attraverso un'espressione differenziata dei canali responsabili dei flussi di questi ioni.