GRASSMET - Climate change effects on seagrass secondary metabolism: ecological implications
Sommario
Questo progetto mira a rispondere ad una questione rilevante, ma ancora inesplorata per quanto riguarda le implicazioni del cambiamento climatico sulle comunità di fanerogame: quale sarà l'impatto dei cambiamenti nella relativa disponibilità di carbonio e azoto nei profili dei metaboliti primari e secondari della pianta e di come saranno le conseguenze fanerogame marine capacità di difendersi contro lo stress ossidativo e contro epifiti ed erbivori? Fanerogame marine costituiscono alcuni degli ecosistemi marini più produttivi di tutto il mondo, con una grande importanza ecologica ed economica ed ancora poco si sa per quanto riguarda le conseguenze fisiologiche ed ecologiche del cambiamento climatico su queste piante. La maggior parte degli scenari di cambiamento climatico prevedono che le concentrazioni atmosferiche di CO2 raggiungeranno valori superiori a 700 ppm prima del 2100, modificando le relative disponibilità di carbonio e di altri nutrienti, con importanti ricadute previste sul metabolismo delle piante. In base a ciò che è noto per le piante terrestri, si prevede che l’efficienza di assimilazione di C e N aumenta con l'aumento della disponibilità di CO2, con conseguenze dirette sull’equilibrio C:N nei tessuti vegetali. In questo scenario, è probabile che la capacità di difesa delle fanerogame possa essere influenzata in modo significativo, dal momento che le molecole coinvolte nei processi di difesa sono anche ricche di carbonio e/o azoto e condividono vie metaboliche con carboidrati e aminoacidi di sintesi. Il sistema antiossidante dipende dall'attività di numerosi enzimi, composti fenolici e alcaloidi, molecole con composizioni distinte. Mentre i polifenoli, un folto gruppo di composti fenolici, non contengono N, gli alcaloidi sono composti contenenti N. Inoltre, fenoli, alcaloidi e antiossidanti giocano tutti un ruolo importante nella allelopatia e nei rapporti pianta- epifiti - erbivori. Pertanto, i cambiamenti nella disponibilità di carbonio e azoto hanno il potenziale per influenzare non solo le risposte della pianta, ma anche l'insediamento della comunità epifitica e l'attività di pascolo. Per rispondere a questa domanda complessa, abbiamo progettato un approccio graduale, che inizia ottimizzando le metodologie analitiche per lo screening e l'identificazione dei composti fenolici, alcaloidi, aminoacidi e zuccheri solubili in praterie di fanerogame marine, concentrandosi sulle molecole note per essere rilevanti nei meccanismi difensivi, a causa della loro attività antiossidante, allelopatica o anti- erbivoria. Il secondo passo sarà quello di indagare l'effetto di elevata CO2 e diverse concentrazioni di azoto nell’equilibrio composti fenolici:alcaloidi. Ciò avverrà attraverso una serie di esperimenti di manipolazione da svolgere nella struttura mesocosmo già in funzione presso la stazione marittima CCMAR e anche campionando piante in prossimità di aree vulcaniche sottomarine del Mediterraneo in cui le piante C. nodosa sono esposte ad alte concentrazioni di CO2 e basse oncentrazioni di azoto. Infine, studieremo come i diversi profili metabolici influenzano i rapporti piante-epifite-erbivori, di nuovo con una serie di esperimenti di manipolazione in mesocosmo. Per realizzare il worklplan ambizioso , abbiamo assemblato una squadra che deriva in gran parte da due progetti precedenti che hanno posto le basi per questo naturale sviluppo, la European Science Foundation COST action "Seagrass productivity: From genes to ecosystem management" (ES0906) ed il progetto FCT "High-CO2 effects on seagrass photosynthetic ecophysiology" (PTDC/MAREST/ 3687/2012). Cymodocea nodosa è stata scelta come specie modello, per la quale il team ha recentemente sequenziato l'intero trascrittoma, mettendo a disposizione una grande quantità di risorse molecolari. Metodologicamente, useremo una combinazione innovativa di strumenti ecofisiologici, accoppiato con tecniche genetiche, al fine di collegare i processi biochimici alle risposte trascrizionali sottostanti.
Ruolo SZN
Istituzione partecipante per la caratterizzazione genetica di Cymodocea nodosa in situ e nei mesocosmi e per la valutazione dell'espressione genica in situ ed in condizioni controllate.
Partners
University of Algarve, Portugal; Stazione Zoologica Anton Dohrn, Italy
Durata
2015-2016
P. I.
Gabriele Procaccini
Coordinatore del progetto: Joao Silva (University of Algarve, Portugal)
Istituzione finanziatrice
Ministerio da Educacao e Ciencia - Portugal
