Il "super kit" delle piante per riparare il DNA / The "super kit" of plants to repair DNA

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Il DNA delle piante ha un meccanismo di riparazione dei danni, come quelli causati dai raggi ultravioletti, del tutto analogo a quello di animali e batteri, ma molto più efficiente. Lo ha scoperto un gruppo di ricercatori analizzando la specie Arabidopsis thaliana, una delle più utilizzate nei laboratori di botanica.

La radiazione ultravioletta danneggia il DNA delle cellule e quelle degli organismi vegetali sono molto più esposte a essa, dato che utilizzano la luce del Sole per svolgere il loro ciclo vitale e la crescita. Come quelle di animali e batteri, anch’esse vengono quindi danneggiate dai raggi UV, ma il loro meccanismo di riparazione – del tutto analogo a quello degli animali - è molto più efficiente di quello umano e consente di evitare le conseguenze peggiori per la sopravvivenza.

A scoprire questo “kit di riparazione” biomolecolare sono stati Aziz Sancar, premio Nobel per la chimica nel 2015, e colleghi dell’Università della North Carolina a Chapel Hill, negli Stati Uniti, che firmano un articolo su “Nature Communications”.

Sancar era stato premiato dall'Accademia di Stoccolma per i suoi studi sulla riparazione per escissione dei nucleotidi, ora considerato il principale sistema di riparazione della sequenza del DNA degli organismi viventi. Tuttavia, la maggior parte dei precedenti studi sui meccanismi riparativi è stata dedicata a mammiferi e batteri, mentre  si sapeva poco sul funzionamento di questo sistema nelle cellule vegetali.

Sancar e colleghi hanno utilizzato la tecnica di mappatura della riparazione per escissione, denominata XR-seq, da loro stessi  sviluppata di recente. La tecnica consente di rilevare e sequenziare brevi sequenze di DNA danneggiate che sono state tagliate via dai cromosomi durante il processo di escissione. Le sequenze di questi frammenti possono così essere confrontate con corrispondenti sequenze di DNA di un genoma di riferimento, in modo da mappare con precisione i punti in cui il danno al DNA è in fase di riparazione.

Usando la XR-seq, gli autori hanno analizzato il DNA di Arabidopsis thaliana, una 

delle specie più utilizzate nei laboratori di botanica. Le mappe di escissione hanno rivelato che in questa specie la riparazione per escissione funziona più rapidamente del normale sui geni che sono attivi - cioè possono essere trascritti su RNA messaggero e poi tradotti in proteine - analogamente a quanto trovato in precedenza per animali e batteri. Il fenomeno è chiamato riparazione accoppiata alla trascrizione.

“Ciò che abbiamo scoperto è che il salto di efficienza per la riparazione associata alla trascrizione è ancora più pronunciata nelle piante di quanto non sia in animali e batteri”, ha commentato Onur Oztas, ricercatore del laboratorio di Sancar. “Il danno al DNA che si accumula in una pianta può ostacolare la sua crescita e il suo sviluppo: favorire il sistema di riparazione per escissione potrebbe essere una buona strategia per aumentare la resa dei raccolti”.

ENGLISH

The DNA of the plants has a damage repair mechanism, such as those caused by ultraviolet rays, very similar to that of animals and bacteria, but much more efficient. A group of researchers has discovered this by analyzing the species Arabidopsis thaliana, one of the most used in botany laboratories.

Ultraviolet radiation damages the DNA of cells and those of plant organisms are much more exposed to it, since they use sunlight to perform their life cycle and growth. Like those of animals and bacteria, they too are damaged by UV rays, but their repair mechanism - quite similar to that of animals - is much more efficient than the human one and avoids the worst consequences for survival.

To discover this biomolecular "repair kit" were Aziz Sancar, Nobel Prize in chemistry in 2015, and colleagues from the University of North Carolina in Chapel Hill, in the United States, who sign an article in "Nature Communications".

Sancar had been awarded by the Stockholm Academy for its studies on nucleotide excision repair, now considered the main system for repairing the DNA sequence of living organisms. However, most of the previous studies on repair mechanisms have been devoted to mammals and bacteria, while little was known about how this system works in plant cells.

Sancar and colleagues used the excision repair mapping technique called XR-seq, which they themselves developed recently. The technique allows detecting and sequencing short sequences of damaged DNA that have been cut off from the chromosomes during the excision process. The sequences of these fragments can thus be compared with corresponding DNA sequences of a reference genome, in order to precisely map the points where DNA damage is being repaired.

Using the XR-seq, the authors analyzed the DNA of Arabidopsis thaliana, one of the most widely used species in botany laboratories. Excision maps revealed that excision repair works faster than normal on genes that are active - that is, they can be transcribed on messenger RNA and then translated into proteins - similar to what was previously found for animals and bacteria. The phenomenon is called repair coupled with transcription.

"What we have discovered is that the efficiency shift for repair associated with transcription is even more pronounced in plants than it is in animals and bacteria," commented Onur Oztas, researcher at the Sancar laboratory. "DNA damage that accumulates in a plant can hinder its growth and development: favoring the excision repair system could be a good strategy to increase crop yield".

Da:

http://www.lescienze.it/news/2018/04/19/news/riparazione_dna_cellule_vegetali-3947268/?ref=nl-Le-Scienze_20-04-2018