Ruolo della UPRmt nella tolleranza allo stress termico in Arabidopsis thaliana: uno studio fenotipico

Plants, as sessile organisms, are continuously exposed to environmental fluctuations that can negatively affect their growth and development. Among the various abiotic stress factors, thermal stress represents one of the major threats to agricultural productivity, due to rising global temperatures and the increasing frequency of heat waves. Elevated temperatures disrupt cellular structures, including organelles and the cytoskeleton, and impair membrane functionality. At the mitochondrial level, the accumulation of damaged proteins activates specific stress response mechanisms, among which the Mitochondrial Unfolded Protein Response (UPRmt) plays a crucial role in maintaining proteostasis and the functional homeostasis of the organelle. In this context, the present thesis aims to investigate the physiological role of the UPRmt in tolerance to thermal stress in Arabidopsis thaliana, used as a model organism due to the availability of numerous mutant lines and its rapid life cycle. A comparative analysis of phenotype and root growth was performed on wild-type plants (Col-0) and mutant lines carrying alterations in genes involved in the regulation of mitochondrial homeostasis (mrpl1-3, ftsh4, fis1a, and atm2). Seedlings were grown under controlled conditions or subjected to different thermal stress regimes, including an acute heat stress treatment lasting 2 hours and a priming protocol followed by a subsequent acute stress. Root growth and overall morphology were monitored through digital image acquisition in order to assess the impact of thermal stress and to evaluate the contribution of the UPRmt to the adaptive capacity of the different genotypes.

Le piante, in quanto organismi sessili, sono costantemente esposte a fluttuazioni ambientali che possono compromettere la loro crescita e il loro sviluppo. Tra i diversi fattori di stress abiotico, quello termico rappresenta una delle principali minacce per la produttività agricola, a causa dell’aumento delle temperature globali e delle frequenti ondate di calore. Le elevate temperature alterano le strutture cellulari, compresi gli organelli e il citoscheletro, e compromettono la funzione delle membrane. A livello mitocondriale, l’accumulo di proteine danneggiate attiva specifici meccanismi di risposta allo stress, tra cui la Mitochondrial Unfolded Protein Response (UPRmt), un sistema di controllo cruciale per il mantenimento dell’omeostasi proteica e funzionale dell’organello. In questo contesto, la presente tesi mira a indagare il ruolo fisiologico della UPRmt nella tolleranza allo stress termico in Arabidopsis thaliana, utilizzata come organismo modello per la disponibilità di numerose linee mutanti e per il suo rapido ciclo vitale. È stata condotta un’analisi comparativa del fenotipo e della crescita radicale di piante wild type (Col-0) e di linee mutanti per geni coinvolti nella regolazione nell’omeostasi mitocondriale (mrpl1-3, ftsh4, fis1a e atm2). Le piantine sono state coltivate in condizioni controllate oppure sottoposte a differenti regimi di stress termico, comprendenti un trattamento di heat stress acuto della durata di 2 ore e un protocollo di priming seguito da un successivo stress acuto. La crescita radicale e la morfologia generale sono state monitorate mediante acquisizione digitale delle immagini, al fine di valutare l’impatto dello stress termico e il contributo della UPRmt alla capacità adattativa dei diversi genotipi.