Determinazione della distribuzione subcellulare dello zinco in piante Fe-carenti mediante frazionamento cellulare e fluorescenza di raggi X di sincrotrone ad alta risoluzione

La comprensione dei meccanismi attraverso cui la pianta percepisce la diversa biodisponibilità dei nutrienti nel suolo e regola la loro complessa interazione nei tessuti rappresenta un importante obiettivo della ricerca per lo sviluppo di pratiche agricole sostenibili. Questo lavoro ha lo scopo di investigare le interazioni tra il ferro (Fe) ed altri micronutrienti. Piante di cetriolo allevate in carenza di Fe (-Fe) mostravano una notevole alterazione del profilo ionomico fogliare. In particolare, il contenuto di zinco (Zn) aumentava del 300% in foglie Fe-carenti rispetto a quello di piante controllo. Il meccanismo alla base dell'interazione Fe-Zn è tuttavia poco noto. Perciò, in questo lavoro è stata avviata, mediante diversi approcci analitici, un’indagine a livello subcellulare volta ad identificare dove questa interazione potesse principalmente realizzarsi all'interno delle cellule fogliari, valutando il contenuto di Fe e Zn nelle diverse frazioni cellulari. E’ stato stimato che l’80% del Fe nelle cellule fogliari è localizzato nei cloroplasti. Di conseguenza, una frazione arricchita in cloroplasti è stata purificata da tessuti fogliari di piante di cetriolo allevate in presenza ed in assenza di Fe. Analisi condotte mediante spettroscopia ICP-MS hanno rilevato una diminuzione del contenuto di Fe del 90% ed un aumento (+60%) del contenuto di Zn in cloroplasti –Fe rispetto a quelli di piante controllo. Risultati simili (+48%) sono stati osservati anche nella frazione arricchita in mitocondri, ottenuta da foglie –Fe rispetto a quelle controllo. Per dettagliare la distribuzione subcellulare del Fe e dello Zn, sezioni dello spessore di circa 100 nm di foglie di piante -Fe e piante controllo sono state analizzate mediante fluorescenza di raggi X con luce di sincrotrone presso lo European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble (Francia). I tessuti fogliari sono stati fissati chimicamente, inclusi in resina e posizionati su apposite griglie di SiN. Le analisi sono state effettuate a 17 keV con una risoluzione spaziale variabile fra 10 e 100 nm. La concentrazione di Fe nei tessuti non era sufficiente per ottenere delle immagini di buona qualità relativamente alla distribuzione di questo elemento negli organelli subcellulari. E' invece stato possibile visualizzare chiaramente la distribuzione dello Zn all'interno delle cellule vegetali. Tramite un'analisi semiquantitativa, è stato possibile osservare un aumento dell'85% del contenuto di Zn nei cloroplasti -Fe rispetto al controllo. Un simile aumento è stato osservato anche in altri organelli, tuttavia non è stato possibile discriminare tra mitocondri e perossisomi, in quanto la risoluzione della tecnica non ha consentito di visualizzare le ultrastrutture interne di tali organelli e quindi di differenziarli. Questa indagine ha permesso di valutare, mediante diversi approcci analitici, la distribuzione subcellulare dello Zn in piante sottoposte a carenza di Fe, identificando il cloroplasto come una delle possibili sedi nella cellula in cui avviene la maggiore interazione tra l’omeostasi del Fe e dello Zn.