Le briofite, gruppo parafiletico che comprende epatiche (Hepatophyta), muschi (Bryophyta) e antocerote (Anthocerotophyta), sono da tempo considerate (stranamente!) le uniche piante terrestri non in grado di sintetizzare fitochelatine a seguito di stress da metalli pesanti, quali il cadmio (1-3). Inoltre, non sono disponibili sufficienti informazioni sulla sintesi di fitochelatine in alghe carofite (Charophyta), considerate gli antenati diretti delle piante terrestri, nonché in tracheofite basali come le licofite (Lycophyta). Abbiamo quindi ipotizzato che la capacità di sintesi di fitochelatine e, non ultima, la presenza costitutiva dell’enzima fitochelatina sintasi (che adempie direttamente alla sintesi delle fitochelatine), possano essere invece dimostrate in carofite, licofite e, soprattutto, in briofite. Per verificare tale ipotesi, dodici briofite (sei epatiche: Conocephalum conicum, Marchantia polymorpha, Pellia epiphylla, Radula complanata, Aneura pinguis e Scapania undulata; quattro muschi, Sphagnum palustre, Polytrichastrum formosum, Hypnum cupressiforme e Fontinalis antipyretica, e due antocerote, Anthoceros punctatus e Phaeoceros laevis); quattro carofite (Spirogyra sp., Chara vulgaris, Nitella mucronata e Coleochaete scutata); e due licofite (Huperzia selago e Selaginella kraussiana) sono state esposte in vitro a 0-36 M cadmio per 72 ore, e quindi analizzate per il loro contenuto in glutatione e fitochelatine, mediante HPLC con derivatizzazione post-colonna seguita da spettrometria di massa electrospray e tandem. Inoltre, nelle specie di cui sopra sono state eseguite analisi di western blot per la immunorivelazione di putative fitochelatina sintasi potenzialmente presenti. Tra le diciotto specie studiate, esattamente la metà ha prodotto fitochelatine (anche fino all’oligomero PC4); il glutatione è stato rilevato in tutte le specie, talvolta in concentrazioni considerevoli. Non ultimo, in alcune delle specie studiate è stata dimostrata la presenza di fitochelatina sintasi costitutive di ca. 36-38 kDa, ovverosia di dimensioni intermedie tra le fitochelatina sintasi più “leggere” delle Chlorophyta e quelle più “pesanti” delle Magnoliophyta. In conclusione, quindi, abbiamo dimostrato che non soltanto le briofite possiedono a pieno titolo la capacità di sintetizzare fitochelatine, ma che tale capacità di sintesi è anche presente in carofite e tracheofite basali, quali le licofite. Tutto ciò suggerisce che la sintesi di fitochelatine e la presenza costitutiva dell’enzima fitochelatina sintasi siano caratteri ancestrali (plesiomorfici) presenti nelle carofite già nell’Ordoviciano e diffusi nelle piante terrestri basali probabilmente già nel Siluriano-Devoniano

Carofite, briofite e licofite sintetizzano fitochelatine e possiedono fitochelatina sintasi costitutive e funzionali

DEGOLA, Francesca;DE BENEDICTIS, Maria;RUOTOLO, Roberta;PETRAGLIA, Alessandro;SANITA' DI TOPPI, Luigi
2013

Abstract

Le briofite, gruppo parafiletico che comprende epatiche (Hepatophyta), muschi (Bryophyta) e antocerote (Anthocerotophyta), sono da tempo considerate (stranamente!) le uniche piante terrestri non in grado di sintetizzare fitochelatine a seguito di stress da metalli pesanti, quali il cadmio (1-3). Inoltre, non sono disponibili sufficienti informazioni sulla sintesi di fitochelatine in alghe carofite (Charophyta), considerate gli antenati diretti delle piante terrestri, nonché in tracheofite basali come le licofite (Lycophyta). Abbiamo quindi ipotizzato che la capacità di sintesi di fitochelatine e, non ultima, la presenza costitutiva dell’enzima fitochelatina sintasi (che adempie direttamente alla sintesi delle fitochelatine), possano essere invece dimostrate in carofite, licofite e, soprattutto, in briofite. Per verificare tale ipotesi, dodici briofite (sei epatiche: Conocephalum conicum, Marchantia polymorpha, Pellia epiphylla, Radula complanata, Aneura pinguis e Scapania undulata; quattro muschi, Sphagnum palustre, Polytrichastrum formosum, Hypnum cupressiforme e Fontinalis antipyretica, e due antocerote, Anthoceros punctatus e Phaeoceros laevis); quattro carofite (Spirogyra sp., Chara vulgaris, Nitella mucronata e Coleochaete scutata); e due licofite (Huperzia selago e Selaginella kraussiana) sono state esposte in vitro a 0-36 M cadmio per 72 ore, e quindi analizzate per il loro contenuto in glutatione e fitochelatine, mediante HPLC con derivatizzazione post-colonna seguita da spettrometria di massa electrospray e tandem. Inoltre, nelle specie di cui sopra sono state eseguite analisi di western blot per la immunorivelazione di putative fitochelatina sintasi potenzialmente presenti. Tra le diciotto specie studiate, esattamente la metà ha prodotto fitochelatine (anche fino all’oligomero PC4); il glutatione è stato rilevato in tutte le specie, talvolta in concentrazioni considerevoli. Non ultimo, in alcune delle specie studiate è stata dimostrata la presenza di fitochelatina sintasi costitutive di ca. 36-38 kDa, ovverosia di dimensioni intermedie tra le fitochelatina sintasi più “leggere” delle Chlorophyta e quelle più “pesanti” delle Magnoliophyta. In conclusione, quindi, abbiamo dimostrato che non soltanto le briofite possiedono a pieno titolo la capacità di sintetizzare fitochelatine, ma che tale capacità di sintesi è anche presente in carofite e tracheofite basali, quali le licofite. Tutto ciò suggerisce che la sintesi di fitochelatine e la presenza costitutiva dell’enzima fitochelatina sintasi siano caratteri ancestrali (plesiomorfici) presenti nelle carofite già nell’Ordoviciano e diffusi nelle piante terrestri basali probabilmente già nel Siluriano-Devoniano
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