Stress da cadmio in Daucus carota e nell'oloparassita Cuscuta campestris: studi isto-anatomici e funzionali

Abstract

La presente tesi di dottorato si è proposta di studiare alcuni aspetti isto-anatomici, ultrastrutturali e funzionali della risposta al cadmio (Cd) in carota (Daucus carota L.), cuscuta (Cuscuta campestris Yuncker) e nella loro mutua interazione. Le piante di carota trattate con 36 uM Cd fino a 14 giorni, hanno evidenziato danni pesanti a livello di radice, in particolare alla corteccia, ai parenchimi dei tessuti conduttori, al fellogeno ed al cambio cribro-vascolare, mentre non hanno mostrato particolari danni ai piccioli ed alle lamine fogliari. A conferma di ciò, l’analisi spettrofotometrica ad emissione atomica (ICP-AES) ha misurato un contenuto di Cd più alto nelle radici, seguito dalle lamine e dai piccioli fogliari; una quantità di Cd significativa è stata rinvenuta anche in cuscuta, a dimostrare l’avvenuta traslocazione del metallo da ospite a parassita. A questo proposito, la microscopia ottica ha permesso di osservare evidenti connessioni austoriali tra cuscuta e carota; tali connessioni, formate nei punti di contatto tra cuscuta ed i piccioli fogliari di carota, erano caratterizzate da “protrusioni finger-like” ed elementi vasali anulati. Come determinato in HPLC abbinata a spettrometria di massa, sia carota che cuscuta hanno risposto ai trattamenti con Cd sintetizzando fitochelatine; tuttavia, inaspettatamente, cuscuta ha prodotto fitochelatine anche in assenza dei trattamenti con Cd, facendo ipotizzare in questo senso una sintesi di tali peptidi indotta da metalli essenziali quali rame (Cu) e zinco (Zn), presenti nel mezzo di coltura liquido e nei tessuti di carota. In effetti, la presenza costitutiva dell’enzima fitochelatina sintasi, attivata anche da altri metalli oltre che dal Cd, è stata confermata in cuscuta mediante western blotting, impiegando un anticorpo policlonale contro la fitochelatina sintasi di Brassica juncea (BjPCS1).

This doctoral thesis was aimed at investigating histo-anatomical, ultrastructural and functional aspects of the response to cadmium (Cd) in carrot (Daucus carota L.), cuscuta (Cuscuta campestris Yuncker) and their mutual interaction. Carrot plants treated with 36 uM Cd up to 14 days, evidenced heavy damage in roots, at cortex, sieve/vasal parenchyma, phellogen and cambium levels, whereas no particular injury was evidenced in leaf petiols and blades. Accordingly, ICP-emission spectrophotometric analysis measured the highest amount of Cd in roots, followed by leaf blades and finally by petiols; a noteworthy amount of Cd was also found in cuscuta, indicating that translocation of this metal from host to parasite had actually occurred. At this purpose, manifest haustorial connections between cuscuta and carrot were evidenced by means of light microscopy; such connections were characterised by “finger-like protrusions” and anular vasal elements formed by cuscuta at the contact points with carrot petiols. As shown by HPLC determination and mass spectrometry characterisation, Cd-induced phytochelatin synthesis occurred both in carrot and in cuscuta. Unexpectedly, cuscuta showed significant levels of phytochelatins even in the absence of Cd, thus indicating that these peptides were probably induced by essential metals as copper (Cu) and zinc (Zn) contained in the liquid medium and in carrot tissues. The constitutive presence of a metal-induced phytochelatin synthase enzyme in cuscuta was in fact fully confirmed by specific western blot analyses performed with a polyclonal antibody raised against the phytochelatin synthase of Brassica juncea (BjPCS1).