Dottorato in BIOLOGIA AMBIENTALE ED EVOLUZIONISTICA

Titolo della tesi: Sorghum bicolor (L.) Moench for the enhancement of marginal lands, identification of salt-tolerant hybrids and evaluation of the role of brassinosteroids in salt stress response

Sorghum bicolor (L.) Moench for the enhancement of marginal lands, identification of salt-tolerant hybrids and evaluation of the role of brassinosteroids in salt stress response XXXVIII Cycle Doctorate in Environmental and Evolutionary Biology (Curriculum Botany) PhD candidate Alice Peduzzi Le aree marginali ricoprono 2.7 miliardi di ettari in tutto il modo e una delle principali cause di degrado del suolo è l’elevata salinità. La salinizzazione è un fenomeno che consiste nell’accumulo di sali solubili nella rizosfera. Il rilascio di ioni Na+ e Cl- è il maggiore pericolo per la sopravvivenza delle piante, specialmente quelle di interesse agroalimentare. Infatti, questi ioni, causano tossicità, stress osmotico, alterando l’assorbimento di acqua e nutrienti, e aumentano il contenuto di specie reattive dell’ossigeno (ROS). In questo ambiente ostile è importante trovare delle alternative alle tradizionali colture cerealicole europee. Sorghum bicolor ha un forte rilievo agronomico e, grazie alle sue caratteristiche di adattamento anatomico e fisiologico e al suo metabolismo C4, è una specie che può facilmente sopravvivere ed essere produttiva in condizioni di scarsa disponibilità di acqua e di elevata salinità. Tuttavia, sono state notate alcune differenze nella resistenza allo stress salino tra i diversi genotipi. Dunque, il primo obiettivo di questa Tesi era identificare dei markers da poter essere usati come guida per i coltivatori. A tale scopo sono stati analizzati gli effetti dello stress salino su due diversi ibridi commerciali di sorgo. I risultati hanno evidenziato che evidenti modificazioni nell’anatomia di radici e organi aerei, differenze nell’attività antiossidante e cambiamenti metabolici possono essere usati come markers precoci di tolleranza allo stress salino in questa specie. Il secondo obiettivo di questa Tesi era trovare un modo per mitigare gli effetti dello stress salino senza danneggiare l’ambiente. A tale scopo, sono stati selezionati i Brassinosteroidi (BRs). Infatti, questi fitormoni possono attivare il sistema antiossidante, alleviando i danni ossidativi causati dallo stress, possono implementare il contenuto di clorofilla, migliorare l’efficienza fotosintetica e modulare l’espressione dei geni coinvolti nella risposta allo stress. I BRs possono essere applicati esogenamente tramite seed priming. In questa Tesi è stata dimostrata l’efficacia del seed priming con 1 µM di 24-epibrassinolide nel mitigare gli effetti del sale sugli organi aerei di piante cresciute in vivo, migliorando l’efficienza fotosintetica del genotipo sensibile e ripristinando l’anatomia fogliare e ottimizzando la gestione delle risorse idriche. Uno dei principali meccanismi di resistenza allo stress salino è la compartimentalizzazione dello ione sodio nel vacuolo, tramite i trasportatori del tonoplasto della famiglia NHX e i trasportatori di membrana cellulare della famiglia HKT. Dunque, come terzo obiettivo di questa Tesi si voleva verificare quale noto meccanismo di tolleranza al sale potesse essere positivamente influenzato dall’applicazione di BRs. I risultati hanno dimostrato che il BR-priming implementa l’espressione di SbNHX2, modula positivamente l’architettura dell’apparato radicale in condizioni di stress e riduce lo stress ossidativo prevenendo la perossidazione lipidica delle membrane. Infine, è stato dimostrato che il priming con brassinosteroidi è una tecnica efficace e agronomicamente promettente per aiutare Sorghum bicolor a sopravvivere e rimanere produttivo in condizioni di elevata salinità. Complessivamente i risultati hanno dimostrato che, genotipi di sorgo tolleranti al sale possono essere proposti per il recupero di aree marginali e che il trattamento di seed priming con i brassinosteroidi consente di aumentare la tolleranza al sale in genotipi sensibili.