Descrizione del modulo "Le interazioni benefiche fra organismi: dalla lotta biologica alla messa a punto di strumenti per un'agricoltura sostenibile (AG.P01.022.001)"

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  • Descrizione del modulo "Le interazioni benefiche fra organismi: dalla lotta biologica alla messa a punto di strumenti per un'agricoltura sostenibile (AG.P01.022.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • L'attività della commessa proposta è mirata allo messa a punto di strumenti atti allo sviluppo di un'agricoltura sostenibile. Nei Paesi sviluppati l'agricoltura è altamente dipendente dalla somministrazione di fertilizzanti di sintesi chimica e di pesticidi. Infatti, correlato al problema del miglioramento delle condizioni di crescita delle piante di interesse agricolo è la necessità di proteggere queste dall'attacco di parassiti. L'infestazione da insetti parassiti determina ancora oggi, nonostante il continuo e massivo uso di pesticidi una riduzione nella produzione globale di derrate alimentari del 25-35%. Questi insetti, tra l'altro sono agenti di trasmissione di malattie che affliggono gli esseri umani così come il bestiame, determinando una barriera per il commercio internazionale dei prodotti agricoli. Infine, l'attuale pesante utilizzo dei pesticidi per controllare gli insetti dannosi oltre ad essere causa di inquinamento ambientale con contaminazione delle falde acquifere sta determinando il fenomeno della diffusione della resistenza ai pesticidi e la selezione di nuove specie parassite, a causa dell'eliminazione aspecifica dei loro naturali competitori. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Caratterizzazione dei pathways di trasduzione di segnali abiotici (Nutrienti azotati, Fattori Nod, Metaboliti, Fitormoni), in grado di influenzare, nelle piante leguminose, programmi di organogenesi risultanti da interazioni di tipo simbiotico e non. Isolamento di mutanti batterici e di pianta alterati (inibiti o indotti) nella progressione dell'interazione simbiotica azoto-fissativa. Caratterizzazione dei meccanismi molecolari alla base dell'interazione di tipo antagonista fra insetti parassitoidi e loro insetti ospiti. Analisi del ruolo svolto dai geni del Bracovirus simbionte TnBV nell'alterazione dei meccanismi di difesa immunitaria dell'ospite. Caratterizzazione delle sequenze regolatrici coinvolte nella espressione genica sesso-e linea germinale-specifica negli insetti D. melanogaster e Ceratitis capitata. Sviluppo di vettori di trasformazione in grado di guidare l'espressione nella linea germinale femminile di molecole di interesse nell'insetto infestante C. capitata. Stabilità genomica, ricombinazione e meiosi in C. elegans e S. Macrospora (literal)
Competenze
  • Le competenze dei partecipanti alla commessa rispecchiano la multidisciplinarità del progetto proposto. La competenza principale che accomuna il partecipanti è quella in Genetica che rappresenta la base teorica e metodologica fondamentale per lo sviluppo del progetto. Altre competenze sono rappresentate da: Microscopia ottica e a fluorescenza Genetica Biologia Molecolare Biochimica Informatica Biologia cellulare Proteomica Microarray Colture tissutali in vitro (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività della commessa proposta è mirata allo messa a punto di strumenti atti allo sviluppo di un'agricoltura sostenibile. Ciò sarà conseguito sia attraverso la messa a punto di strumenti eco-compatibili in grado di migliorare le condizioni di crescita e sviluppo delle piante di interesse agricolo, che attraverso una più adeguata protezione delle coltivazioni in maniera da evitare ad esempio i danni provocati da infestazioni di insetti parassiti. In natura, la simbiosi endocellulare in cui Rizobio cattura l'azoto atmosferico convertendolo in ammonio consente di ottenere 90 milioni di tonnellate di azoto organicato l'anno, quasi il doppio della concentrazione di azoto derivante da sintesi e metà di tutta la fissazione biologica. Ad esempio, il processo industriale Haber-Bosch per sintetizzare ammonio usa circa 680 kJ mole per 1 NH3, in confronto il complesso multienzimatico della nitrogenasi di rizobio usa in vitro 210 kJ mole per 1 NH3 prodotta. Questo tipo di simbiosi diminuisce quindi la necessità di aggiunta di fertilizzanti azotati al suolo, riducendo di conseguenza gli enormi costi richiesti per la loro sintesi ed i rischi ambientali legati al loro utilizzo. (literal)
Tecnologie
  • Trasformazione di piante superiori allo scopo di isolare linee trasformanti alterate nel normale svolgimento del processo simbiotico e di identificare nuove sequenze geniche coinvolte in questo processo. Trasformazione di insetti allo scopo di ottenere linee trasformanti esprimenti geni coinvolti nell'interazione di tipo antagonista fra insetti parassitoidi e loro insetti ospiti. Tecniche di Biologia Molecolare per la preparazione di costrutti e l'identificazione di sequenze geniche. Tecniche di Genetica (Two Hybrid) e Biochimica per l'identificazione di fattori partecipanti ai pathways di trasduzione dei segnali analizzati. Tecniche di Proteomica e Microarray per l'analisi dei profili di espressione dei partners coinvolti nei processi analizzati Tecniche di Microscopia ottica e a fluorescenza per la caratterizzazione fenotipica dei processi analizzati e delle linee trasformanti ottenute. - Tecnologie (Metodologie di modellazione o di intervento su oggetti e sistemi) Manipolazione sperimentale di organismi per testare ipotesi di funzionamento e di interazioni fra fattori coinvolti nei pathways studiati a livello molecolare, cellulare e di organismo attraverso tecniche di g (literal)
Obiettivi
  • - Identificazione dei fattori in grado di influenzare e modulare le interazioni fra organismi (disponibilità di nutrienti, metaboliti, ormoni) e le loro capacità di crescita. - Caratterizzazione molecolare delle risposte (pathways di trasduzione dei segnali, profili di espressione genica) a tali fattori in vivo attraverso l'analisi di organismi selvatici e mutanti - Identificazione di nuovi prodotti naturali per il controllo di insetti dannosi, caratterizzati dalla mancanza di pericolosità per la salute dell'uomo e degli altri animali - Messa a punto di protocolli sperimentali per il trasferimento delle informazioni acquisite alle pratiche agricole. Lo sviluppo delle conoscenze nei processi analizzati (simbiosi azotofissativa, interazione ospite-parassitoide, espressione sesso e linea germinale-specifica) si baserà su un approccio multidisciplinare garantito dall'espertise dei ricercatori IGB coinvolti (Chiurazzi, Defez, Digilio, Gigliotti, Dischiavi, La Volpe, Adamo, Storlazzi, Rogato, Bianco) e dalle loro approfondite conoscenze di diversi sistemi modello (Lotus japonicus, D. melanogaster, Rhizobium, C. capitata, C. elegans, S. macrospora, P tricornutum). (literal)
Stato dell'arte
  • Ultimamente, nel campo della interazione simbiotica azoto-fissativa sono stati elucidati alcuni dei meccanismi che sono determinanti nelle fasi iniziali dell'interazione e nel pathway di trasduzione del segnale di sintesi batterica (fattori Nod) che, alterando il normale bilancio ormonale nella zona di infezione, è in grado di accendere nella pianta il programma genetico che porterà alla formazione del nodulo radicale azoto fissatore. I polidnavirus, virus simbiotici associati ai parassitoidi codificano per prodotti genici con diversi target cellulari che vanno ad agire su sistemi immunitario e neuroendocrino dell'ospite provocando inattivazione delle difese immunitarie e arresto dello sviluppo. Alcuni di questi geni sono stati clonati e caratterizzati e sono in grado di determinare nell'ospite effetti come riarrangiamenti del citoscheletro e apoptosi. In D. melanogaster sono stati identificati geni espressi esclusivamente in una delle linee germinali le cui sequenze regolatrici possono essere utilizzate per esprimere in maniera mirata molecole insetticida o responsabili di una reversione sessuale di una sola linea germinale sia in Drosophila che in altri insetti. (literal)
Tecniche di indagine
  • Camere di crescita (2) a regime di luce, temperatura ed umidità controllate per la crescita, propagazione e analisi di piante leguminose. Camere di crescita (2) a regime di luce e temperatura controllate per la crescita, propagazione e analisi di insetti. Microscopia ottica e a fluorescenza. Microscopio confocale. Real-time PCR (2) Piccole e medie apparecchiature per studi di biologia molecolare. Centrifughe e ultracentrifughe. Sequenziatori automatici. (literal)
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