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Nuove tecnologie per lo studio dei movimenti fogliari

L'era genomica sta trasformando il modo in cui gli scienziati studiano e testano i vari aspetti biologici. Con la diminuzione del costo della tecnologia Next Generation Sequencing (NGS), il suo utilizzo in sperimentazione su grandi popolazioni di piante è adesso possibile. La possibilità di sequenziare il genoma e gli avanzamenti nella ricerca hanno stimolato lo studio di importanti piante coltivate e lo sviluppo del modello migliore nella conoscenza applicata alla produzione di biocarburanti, ai meccanismi fotosintetici, per la risposta agli stress e gli sugli impatti dei cambiamenti climatici sulla resa delle colture.

Il metodo di indagine. Molte delle tecniche attualmente utilizzate per lo studio della fenotipizzazione richiedono un lavoro intensivo e spesso insufficienti per lo studio di grandi popolazioni. Nuove metodologie sono in fase di sviluppo e strettamente legate alla massa di dati NGS che si sta generando.
È ben noto che un effetto dell'orologio circadiano nelle piante è rappresentato dai movimenti ritmici giornalieri delle loro foglie. Questo movimento ritmico può essere utilizzato per stimare il periodo dell'orologio interno. Per determinare la tempistica del movimento fogliare è spesso usata la fotografia time-lapse ogni 10-20 minuti su un periodo di 5-10 giorni in condizioni di luce costanti. Questa tecnica genera una grande serie di immagini che sono poi analizzate per ritmicità tracciando la posizione dei cotiledoni o delle foglie in ciascun frame. Questa metodologia richiede l'input dell'utente in diversi momenti durante l'analisi. Uno degli esempi più comuni è la teconologia MetaMorph® comunemente impiegata in combinazione con il Biological Rhythms Analysis Software System (BRASS), che analizza il movimento cotiledonare individuale e lo inserisce in un contesto temporale, di fase e di ampiezza. L'input dei dati avviene grazie a un programma di analisi visuale, questo genera uno degli errori principali del quale risente il risultato finale.
In MetaMorph® lo strumento regione è utilizzato per selezionare la regione delle singole foglie.
Questa regione deve essere selezionata in modo tale da comprendere l'intera superficie fogliare e i suoi spostamenti nella serie di immagini. Le coordinate della foglia sono poi registrate ed esportate per l'analisi con BRASS. La necessità di elaborare ogni pianta rende lo studio di una vasta popolazione estremamente laborioso. Un altro svantaggio dell'utilizzazione di un solo cotiledone o di una sola foglia è che il movimento dipende dalla crescita attiva del picciolo e, una volta che questa cessa, il movimento si smorza inaffidabilità del rilevamento. Un metodo più automatizzato è stato utilizzato per analizzare il movimento delle foglie in piantine di Brassica oleracea; è stato necessario l'incollaggio di palline di polistirolo per ciascuna foglia.

Prospettive future. Per superare questi vincoli, dei ricercatori statunitensi hanno sviluppato un algoritmo di stima del movimento chiamato Tracking Rhythms in Plants (TRiP) che rileva il movimento fogliare e cotiledonare in maniera simultanea. Con ulteriori studi, sarà quindi possibile utilizzare questa nuova tecnologia per indagare come e perché le foglie si muovono così tanto durante il giorno, seguendo meccanismi ancora, in parte, sconosciuti.
 
 

Come e perchè le foglie si muovono così tanto? Macchine e software avanzati cercano di rispondere a questa domanda

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