Descrizione del modulo "Fisiologia ambientale e molecolare degli stress abiotici (TA.P04.038.001)"

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  • Descrizione del modulo "Fisiologia ambientale e molecolare degli stress abiotici (TA.P04.038.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le ricerche svolte all'interno del modulo sono rivolte ad una maggiore comprensione dei fattori coinvolti nella risposta adattativa degli ecosistemi e delle singole specie ed individui alle modificazioni ambientali, sia a causa naturale che antropica. L'aumento di conoscenza su questa tematica potrà rivelarsi fondamentale nel predire le evoluzioni che la componente vegetale in ambito biosfera potrà avere nel continuo mutare delle condizioni ambientali e come tale i riflessi che si potranno determinare per gli ecosistemi e le attività antropiche. La selezione di piante a maggior resistenza nei confronti dei principali agenti fisico-chimici coinvolti nel cambiamento climatico potrà rispondere alla necessità di aumentare le capacità alimentari del pianeta e di mantenere un sistema tampone naturale nei confronti delle alterazioni dei fattori fondamentali per i sistemi viventi. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'attività di ricerca è rivolta allo studio dell'impatto dei principali fattori di stress abiotici (disponibilità idrica, radiazione, temperatura, salinità, inquinanti, ossidanti fotochimici, eventi estremi) su: 1) limitazioni fotosintetiche di natura biochimica, fotochimica e diffusiva; 2) rapporto tra capacità fotosintetica e disponibilità di azoto; 3) biosintesi di molecole antiossidanti, attivazione di processi di difesa antiossidativa, attivazione di meccanismi di trasduzione del segnale di stress, attivazioni di molecole stress-markers e loro ruolo nella valutazione della condizione di stress e nei processi di tolleranza/sensibilità nelle piante; 4) attivazione (espressione genica e marcatori genetici) di vie biosintetiche coinvolte nei meccanismi di resistenza delle piante; 5) regolazione e funzioni dei gas traccia di origine biogenica, al fine di evidenziarne la via biosintetica, il controllo metabolico e l'impatto sull'ambiente; 6) relazioni idriche, crescita, produttività ed ottimizzazione dell'uso dell'acqua da parte delle piante. (literal)
Competenze
  • Le tematiche del modulo sono legate alla ricerca in campo vegetale nei settori della fisiologia, biochimica, genetica, biologia molecolare ed ecologia. Il personale coinvolto conduce le attività di ricerca mediante un approccio metodologico multidisciplinare che coniuga aspetti legati alle attività di laboratorio, in vitro ed in vivo, miranti allo studio della regolazione fisiologica, genetica e biochimica della risposta allo stress, allo studio dei processi che regolano la struttura e la funzionalità degli ecosistemi e delle relazioni tra biosfera ed atmosfera (e.g. scambio di flussi di energia e materia). I partecipanti al modulo hanno pertanto competenze nei settori dell'ecofisiologia, della biochimica, della biologia molecolare e della chimica ambientale (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Alcuni aspetti delle ricerche del modulo hanno una potenziale impiego nei processi produttivi in quanto prevedono lo sviluppo di tecnologie innovative (sia strumentazione scientifica che sensori di alta precisione) nel settore ambientale e agro-forestale e della robotica bio-ispirata. (literal)
Tecnologie
  • Il modulo comprende anche un'importante componente relativa allo sviluppo di nuove tecnologie analitiche, o di avanzamento tecnologico di tecniche analitiche preesistenti, in spettrometria di massa (sviluppo di PTR-TOF, progetto Europeo Accademia-Industria con la ditta Ionicon, Austria) per l'analisi di composti volatili in tracce, ed in spettrometria di fluorescenza a raggi x per la valutazione non distruttiva della presenza di metalli pesanti in tessuti vegetali, in particolar modo nelle foglie, in accoppiamento alla caratterizzazione per immagini della fluorescenza della clorofilla. (literal)
Obiettivi
  • - Studio dell'effetto delle variazioni ambientali sulla crescita e sui processi fisiologici primari delle piante e sugli scambi gassosi tra la vegetazione e l'atmosfera; -Studio dello stress ossidativo legato all'esposizione delle piante a fattori sub-ottimali di crescita e della attivazione dei meccanismi di difesa antiossidativa. -Valutazione degli effetti di metalli pesanti sulla crescita di piante ad uso alimentare e non. - Valutazione delle potenzialità dell'impiego remote sensing nello studio dei processi fisiologici. - Studio dell'efficienza dell'uso idrico delle piante - Studio di regolazione e funzioni degli isoprenoidi volatili. - Individuazione e valutazione di marcatori genetici dell'attivazione di vie biosintetiche coinvolte nei meccanismi di resistenza delle piante agli stress ambientali. - Studio dello sviluppo e del ruolo dell'apparato radicale e dei relativi processi fisiologico-molecolari nella difesa della pianta da vari stress abiotici (chemiotropismo, idrotropismo, gravitropismo e tigmotropismo) e per la realizzazione di sistemi robotici bioinspirati (sonde, biosensori, etc.) (literal)
Stato dell'arte
  • La Terra è da tempo oggetto di profonde trasformazioni ambientali a causa delle attività antropiche che hanno determinato un aumento della concentrazione di gas radiativamente attivi, modifiche della temperatura e della concentrazione di inquinanti nella biosfera. I sistemi vegetali sono pertanto sempre più esposti a profonde alterazioni dei fattori ambientali che ne regolano la crescita e lo sviluppo, sia a livello di singola specie che di ecosistema. Le risposte delle piante a tali agenti stressanti coinvolgono meccanismi e processi di natura fisiologica, biochimica, genetico-molecolare ed ecologica mediante i quali gli organismi vegetali modificano strutture e funzioni a fini adattativi ed evolutivi. Occorre studiare le risposte specie-specifiche all'ambiente, le risposte ai fattori di stress e le interazioni tra ecosistemi e fattori fisici dell'ambiente, per valutare l'impatto che il perdurare delle trasformazioni ambientali avrà sulla fondamentale componente vegetale degli ecosistemi ed il ruolo che questi possono esercitare sulle proprietà fisiche che chimiche dell'atmosfera. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche di indagine analitico-scientifica utilizzate dai ricercatori partecipanti al modulo sono mirate alla caratterizzazione dei processi e delle relazioni che regolano le interazioni tra le piante e l'ambiente, in particolar modo quelle messe in atto dalle piante in condizioni di stress. In campo eco-fisiologico le tecniche di indagine sono focalizzate allo studio delle relazioni tra traspirazione, metabolismo primario (fotosintesi e respirazione) e secondario (produzione di composti organici quali isoprenoidi) delle piante. Le tecniche utilizzate sono l'analisi degli scambi gassosi, la misura della fluorescenza della clorofilla, la spettrometria di massa e la cromatografia in ambiente liquido e gassoso per la caratterizzazione dei pathways metabolici coinvolti. In campo biochimico e biologico molecolare, le tecniche di indagine sono finalizzate allo studio dell'attivazione di percorsi metabolici che dalla espressione dei geni arrivano all'analisi quali quantitativa del prodotto genico mediante sequenziamento, ibridazione, estrazione e determinazione di composti metabolici e valutazione dell'attività enzimatica mediante spettrofotometria e cromatografia. (literal)
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