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BIOTECH_WHEADIT
Coordinatore di progetto: RAFFAELLA BATTAGLIA

BIOTECH Sottoprogetto: Approcci di genome editing per ottimizzare la performance dei cereali tramite il controllo dei pathway ormonali

È noto in letteratura che esistono alcuni momenti cruciali durante lo sviluppo dei cereali che giocano un ruolo importante nella determinazione della resa; tra questi la formazione dell’infiorescenza, la determinazione del numero di spighette per spiga e del numero di fiori per spighetta, la fertilità dei fiori e il differenziamento delle cariossidi sono caratteri controllati dall’interazione tra i segnali che arrivano dall’ambiente esterno e la funzione di geni che operano durante il differenziamento cellulare. In questo scenario si inseriscono i fitormoni (auxine, citochinine, giberelline, brassinosteroidi etc); queste molecole possono essere intese come intermediari che, trasducendo segnali esterni e interni, regolano cascate molecolari che controllano l’accrescimento della pianta. WHEADIT è organizzato in cinque work packages che, nel loro insieme, i) forniranno la descrizione dei geni e degli ormoni che agiscono durante la formazione dell’infiorescenza e delle cariossidi in specie modello, riso e orzo, e in frumento duro; ii) identificheranno i fattori chiave che regolano lo sviluppo delle strutture selezionate (spiga, spighetta, fiori e cariossidi) e iii) svilupperanno piante di frumento duro editate nei geni candidati per poterne studiare in modo dettagliato il ruolo nella determinazione della resa. L’attività sperimentale di WHEADIT produrrà le seguenti informazioni: • Dati di trascrittomica: descrizione degli RNA messaggeri, small RNA e long non coding RNA che si esprimono durante lo sviluppo dell’infiorescenza e della cariosside a specifici stadi di sviluppo. Tali dati saranno prodotti e confrontati nel riso (specie modello diploide) e in frumento duro. La ricerca dei fattori chiave sarà quindi condotta focalizzandosi sui trascritti che siano correlati a: i) geni che si esprimono in modo stadio e tessuto specifico, ii) geni che codificano per fattori di trascrizione, iii) geni coinvolti nel metabolismo ormonale (principalmente auxine e citochinine) e degli zuccheri. • Dati di metabolomica: descrizione della distribuzione e quantità di auxine e citochinine durante la formazione dell’infiorescenza e della cariosside a specifici stadi di sviluppo. Tali dati saranno prodotti in frumento duro e permetteranno di capire come e quando la distribuzione dei fitormoni regola il differenziamento. • Lista di fattori chiave: l’integrazione dei dati di trascrittomica e metabolomica, insieme a dati già disponibili in letteratura, fornirà la lista di geni candidati che svolgono un ruolo nel determinare la struttura dell’infiorescenza, la dimensione delle cariossidi e il loro contenuto metabolico. Tra i geni candidati si possono indicare i geni che regolano il catabolismo delle citochinine (CKX, citochinine ossidasi), il metabolismo delle auxine (in particolar modo la famiglia genica GH3), i geni che regolano la distribuzione del carbonio durante il differenziamento del seme (famiglie dei geni SWEET, SUT e glutamina sintetasi) e la famiglia dei geni E3 ubiquitina ligasi nota per influenzare il proteoma in modo stadio e tessuto specifico. Accanto a queste famiglie di geni codificanti per proteine saranno considerate specifiche famiglie di miRNA la cui attività è nota come regolatori dello sviluppo. • Caratterizzazione funzionale dei geni selezionati. La tecnica principale che permetterà di capire la reale funzione dei geni selzionati nel “contesto pianta” sarà lo sviluppo di mutanti tramite Genome Editing (GE). Il fenotipo delle piante editate sarà descritto dal punto di vista morfologico e molecolare e questo permetterà di capire se la modulazione dell’attività dei geni selezionati influisce sulla resa della pianta. Tali analisi saranno condotte non solo in frumento duro ma anche nelle specie modello di riferimento, orzo e riso.
Elenco strutture
Ministero delle Politiche Agricole, Alimentari e Forestali - Dipartimento delle politiche europee ed internazionali e dello sviluppo rurale - Direzione generale dello sviluppo rurale - DISR 4 - Ricerca e sperimentazione - Dipartimento delle politiche europee ed internazionali e dello sviluppo rurale - Direzione generale dello sviluppo rurale - DISR IV
CRA - Genomica e bioinformatica - Fiorenzuola d'Arda (PC)

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