Chapter 36: Plant Responses to the Environment

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36.2:

Fotorecettori e risposte delle piante alla luce

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Photoreceptors and Plant Responses to Light

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Quando un seme germina, le radici si allungano nel terreno e il germoglio verso la luce. Le piante, inoltre, modificano la crescita per massimare l’esposizione alla luce. Come fanno le piante a percepire la direzione e la qualità della luce? Recettori fotosensibili, chiamati anche fotorecettori, trasmettono la reazione della pianta alla luce. I fotorecettori contengono un componente proteico connesso ad un pigmento che assorbe la luce, il cromoforo. Le piante possono avere famiglie e varianti multiple di fotorecettori. Insieme rispondono alle lunghezze d’onda della luce che vanno dall’ultravioletto alle zone rosso cupo dello spettro luminoso. Ciascun cromoforo in uno specifico fotorecettore assorbe la luce di una particolare lunghezza d’onda, causando una modifica strutturale nel recettore. L’attivazione del fotorecettore innesca una trasduzione di segnale all’interno delle cellule vegetali. Ciò, a sua volta, può indurre l’espressione genica che condiziona crescita e morfologia della pianta. Le piante, ad esempio, modificano la loro crescita in reazione all’ombra usando i fotorecettori del fitocromo. Ciascun fitocromo ha due forme distinte interconvertibili: il Pr fisiologicamente inattivo e il Pfr attivo. Il Pr assorbe luce rossa e viene convertito rapidamente nella forma attiva Pfr. Il Pfr assorbe la luce rosso cupo e viene riconvertito nella forma Pr inattiva. La successione conversione di Pr e Pfr raggiunge un equilibrio dinamico alla luce del giorno. Le piante più alte riescono a filtrare la luce rossa dello spettro, lasciando le piante sottostanti con più luce rossa cupa di luce diretta. I fitocromi consentono di rilevare il rapporto rosso-rosso cupo regolando la crescita. Quando il rapporto Pfr-Pr si sposta verso Pr, la pianta si estende in ricerca della luce. Un alto livello di Pfr causa la crescita laterale o la ramificazione. In questo modo, il sistema fitocromo consente alle piante di crescere lontane dall’ombra verso la luce.

36.2:

Fotorecettori e risposte delle piante alla luce

La luce svolge un ruolo significativo nella regolazione della crescita e dello sviluppo delle piante. Oltre a fornire energia per la fotosintesi, la luce fornisce altri segnali importanti per regolare una serie di risposte dello sviluppo e fisiologiche nelle piante.

Che cos’è un fotorecettore?

Le piante rispondono alla luce utilizzando un insieme unico di proteine sensibili alla luce chiamate fotorecettori. I fotorecettori contengono fotopigmenti, che consistono in un componente proteico legato a un pigmento non proteico e leggero chiamato cromoforo. Ci sono diversi tipi di fotorecettori, che variano nelle loro sequenze di amminoacidi e nel tipo di cromoforo presente. Questi tipi rispondono al massimo a diverse lunghezze d’onda specifiche della luce, che vanno dagli ultravioletti B (280-315 nanometri) ai far-red (700-750 nanometri). L’assorbimento della luce da parte del cromoforo della luce provoca cambiamenti strutturali nel fotorecettore, innescando una serie di eventi di trasduzione del segnale che provocano cambiamenti nell’espressione genica.

Il sistema Fitocromatico

Molti tipi di fotorecettori sono presenti nelle piante. I fitocromi sono una classe di fotorecettori che percepiscono la luce rossa e di gran lunga rossa. Il sistema fitocromatico agisce come un interruttore della luce naturale, consentendo alle piante di rispondere all’intensità, alla durata e al colore della luce ambientale.

Il sistema fitocromatico svolge un ruolo significativo nella fotomorfogenesi, la crescita e lo sviluppo delle piante in risposta alla luce. La luce del sole contiene più luce rossa rispetto alla luce rossa. La clorofilla assorbe fortemente la luce rossa, quindi le regioni vegetali ombreggiate ricevono più luce rossa della luce rossa.

Le piante usano fitocromi per adattare la loro crescita in risposta alla luce rossa e rossa. L’esposizione alla luce di gran lunga rossa nelle regioni ombreggiate innesca l’allungamento di steli e piccioli in cerca di luce. D’altra parte, l’esposizione alle lunghezze d’onda rosse dalla luce solare non filtrata migliora la crescita laterale e la ramificazione.

Suggested Reading

Kong, Sam-Geun, and Koji Okajima. 2016. "Diverse Photoreceptors and Light Responses in Plants." Journal of Plant Research. 129 (2): 111–114. [Source]

Casal, Jorge J. "Shade Avoidance." The Arabidopsis Book / American Society of Plant Biologists 10 (January 19, 2012). [Source]

Fiorucci, Anne-Sophie, and Christian Fankhauser. (2017). "Plant Strategies for Enhancing Access to Sunlight." Current Biology. 27 (17): R931–R940. [Source]