Fisiologia molecolare delle piante. Coordinatore: Trost

Le piante assorbono anidride carbonica dall’atmosfera e sono una fonte essenziale di cibo, energia e molecole organiche. Il laboratorio studia le basi molecolari del metabolismo in organismi fotosintetici modello e contribuisce allo sviluppo della “pianta ideale”

Temi di ricerca del gruppo

Metabolismo del carbonio

Il progetto è focalizzato sullo studio di diversi pathway del metabolismo del carbonio (ciclo di Calvin-Benson, degradazione dell’amido primario, glicolisi e fermentazione alcolica). Lo scopo della ricerca è quello di chiarire come le modificazioni redox post-traduzionali regolino le funzioni enzimatiche, la formazione di complessi supramolecolari e i fenomeni di aggregazione proteica che possono influire sulla proteostasi cellulare. Le ricerche comprendono analisi fisiologiche su piante di Arabidopsis thaliana e studi biochimico/strutturali su proteine ricombinanti.

Omeostasi redox

Glutatione e ascorbato sono i principali regolatori dell’omeostasi redox delle cellule vegetali. Il glutatione inoltre regola importanti modificazioni redox del proteoma come la S-glutationilazione e la S-nitrosilazione. Il progetto prevede l’uso di organismi modello quali l’alga unicellulare Chlamydomonas reinhardtii, la briofita Pyschomitrella patens e la pianta superiore Arabidopsis thaliana per studiare la funzionalità di sistemi enzimatici, solubili e transmembrana, coinvolti nell’omeostasi redox cellulare durante lo sviluppo e in condizioni di stress. Gli studi in vivo, anche con organismi transgenici, sono affiancati all’analisi in vitro di proteine essenziali per l’omeostasi dei tioli proteici (tioredossine e glutaredossine), del glutatione (glutatione reduttasi, S-nitrosoglutatione reduttasi) e dell’ascorbato (citocromi b-561).

Microalghe e riutilizzo di scarti industriali

Il progetto, finanziato dal Programma Operativo Nazionale (PON RI 2014-2020) del Ministero dell’Istruzione, svolge attività di ricerca nell’ambito della sostenibilità economica ed ambientale.

La finalità dello studio è la creazione di un impianto pilota per la produzione di biodiesel e chemicals da microalghe alimentate con scarti agricoli e dell’industria casearia. Il progetto si articola in due attività: selezione di ceppi microalgali e produzione di enzimi in grado di convertire biomasse di origine agricola in zuccheri semplici da utilizzare per la crescita in mixotrofa delle alghe.

Membri del Laboratorio

Prof. Paolo Trost (Professore ordinario). Visita la pagina istituzionale del docente

Prof.ssa Francesca Sparla (Professoressa associata). Visita la pagina istituzionale del docente

Prof. Mirko Zaffagnini (Professore associato). Visita la pagina istituzionale del docente

Dott. Libero Gurrieri (Assegnista di ricerca). Visita la pagina istituzionale

Dott. Jacopo Rossi (Dottorando). Visita la pagina istituzionale

Maria Meloni (Tirocinante Laurea Magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare)

Tancredi Bin (Tirocinante Laurea Magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare)

Rachele Ingrisano (Tirocinante Laurea Magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare)

Edoardo Tosato (Tirocinante Laurea Magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare)

Progetti di internato

Ogni anno accademico il laboratorio di Fisiologia Molecolare delle Piante mette a disposizione, preferenzialmente per gli studenti dei Corsi di Studio in Scienze Biologiche (laurea triennale), Biotecnologie (laurea triennale), Biologia Molecolare e Cellulare (laurea magistrale) e Scienze e Gestione della Natura (laurea magistrale), 9 posti di tirocinio per i Corsi di Studio triennali e 3 posti di tirocinio per i Corsi di Studio magistrali.

Pubblicazioni significative

Zaffagnini, M., Marchand, CH., Malferrari, M., Murail, S., Bonacchi, S., Genovese, D., Montalti, M., Venturoli, G., Falini, G., Baaden, M., Lemaire, S.D., Fermani, S., Trost, P. (2019) “Glutathionylation primes soluble glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase for late collapse into insoluble aggregates”. Proc Natl Acad Sci U S A. 116 (51):26057–26065. https://www.pnas.org/content/116/51/26057.long

Gurrieri L., Del Giudice A., Demitri N., Falini G., Pavel N.V., Zaffagnini M., Polentarutti M., Crozet P., Marchand C.H., Henri J., Trost P., Lemaire S.D., Sparla F., Fermani S. (2019) “Arabidopsis and Chlamydomonas phosphoribulokinase crystal structures complete the redox structural proteome of the Calvin-Benson cycle”. Proc Natl Acad Sci U S A. 16;116(16):8048-8053. https://www.pnas.org/content/116/16/8048.long

Zaffagnini M., Fermani S., Marchand C.H., Costa A., Sparla F., Rouhier N., Geigenberger P., Lemaire S.D., Trost P. (2019) “Redox Homeostasis in Photosynthetic Organisms: Novel and Established Thiol-Based Molecular Mechanisms”. Antioxid Redox Signal. 31(3):155-210. https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ars.2018.7617

Gurrieri L., Distefano L., Pirone C., Horrer D., Seung D., Zaffagnini M., Rouhier N., Trost P., Santelia D., Sparla F. (2019) “The Thioredoxin-Regulated α-Amylase 3 of Arabidopsis thaliana Is a Target of S-Glutathionylation”. Front Plant Sci. 10:993. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00993/full

Zanella, M., Borghi, G.L., Pirone, C., Thalmann, M., Pazmino, D., Costa, A., Santelia, D., Trost, P., Sparla, F. (2016) “β-amylase 1 (BAM1) degrades transitory starch to sustain proline biosynthesis during drought stress”. Journal of Experimental Botany 67:1819-26. https://academic.oup.com/jxb/article/67/6/1819/2885107

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