Il gruppo del Dr. Alisdair Fernie si concentra sull’identificazione dei fattori coinvolti nella regolazione metabolica del metabolismo primario all’interno dei tessuti fotosintetici ed eterotrofi. Particolare attenzione viene data al ruolo del ciclo dell’acido tricarbossilico e alla sua partecipazione all’interno di vari processi biologici.
Sfruttiamo inoltre un’ampia diversità genetica per comprendere la genetica dell’accumulo di metaboliti e stiamo attualmente sviluppando strumenti analitici altamente sensibili per determinare i flussi metabolici. Varie specie di pomodoro, mais e Arabidopsis thaliana sono i principali sistemi modello utilizzati.
Manipolazione dei flussi dominanti del metabolismo del carbonio
Different tomato accession lines (Solanum spec.) and Arabidopsis thaliana are the most important model organism for the group. 
Nella patata (Solanum tuberosum), abbiamo adottato diverse strategie per regolare il flusso di carbonio in amido. È interessante notare che, in tutti i casi, la glicolisi aumenta mentre la sintesi dell’amido diminuisce in queste piante transgeniche. Attualmente siamo anche impegnati nell’analisi della transizione saccarosio-amido nel pomodoro (Solanum lycopersicum). Dove i nostri interessi includono sia il trasporto del saccarosio che il suo uso negli organi del lavandino.Spinti dall’inaspettato cambiamento metabolico verso la respirazione nelle piante che presentano una maggiore sucrolisi, abbiamo avviato un progetto volto a comprendere meglio il contributo degli enzimi del ciclo TCA alla regolazione metabolica (anche nel pomodoro). Curiosamente, questi studi hanno rivelato legami molto stretti tra il metabolismo mitocondriale e fotosintetico che stiamo studiando ulteriormente.
Sviluppo di strumenti analitici e sperimentali
Questi risultati intriganti ci hanno costretto a sviluppare una vasta gamma di strumenti analitici per studiare meglio le complessità dei macchinari biosintetici cellulari. Abbiamo perfezionato tecniche di frazionamento subcellulare non acquose per separare cloroplasti e vacuoli dal citosol. Stiamo operando un sistema di profilazione dei metaboliti, utilizzando GC-MS, che ci consente di distinguere tra un gran numero di metaboliti all’interno di ciascuno di questi campioni (frazioni subcellulari o campioni di tessuto). Oltre 300 composti possono essere profilati in questo modo > 100 di questi composti aventi strutture chimiche note. Un ulteriore sviluppo sperimentale che stiamo esplorando è l’uso di promotori chimicamente inducibili per guidare l’espressione del transgene in modo controllato al fine di studiare le perturbazioni del metabolismo su base temporale. Negli ultimi anni abbiamo inoltre stabilito una piattaforma RT-PCR per i fattori di trascrizione del pomodoro e metodi sensibili per seguire il metabolismo del substrato stabile con isotopi e una piattaforma basata su LC-MS per l’analisi dei fenilpropanoidi vegetali e l’analisi ormonale mirata.
Il profiling metabolico nelle specie solanacee
Il profiling metabolico con tecnologie gascromatografiche di spettrometria di massa (GC-MS) rappresenta sia una metodologia rapida e robusta per l’analisi di metaboliti multiparalleli sia un potenziale in gran parte non sfruttato nel campo della genomica funzionale. Attualmente stiamo utilizzando questa tecnica per profilare il metabolismo primario di sistemi vegetali solanacei geneticamente e ambientalmente diversi (sia patate che pomodori). L’uso di questa tecnica in tandem con strumenti bioinformatici per il data mining consente un’analisi completa dei fenotipi metabolici e l’identificazione di fenocopie metaboliche (cioè due sistemi manipolati in modo diverso che si assomigliano molto sulla base dei loro complementi metabolici). Inoltre, il fatto che questo metodo fornisca informazioni su molti metaboliti all’interno di un singolo estratto facilita l’applicazione di un’ampia analisi di correlazione tra i vari metaboliti e consente quindi di trarre molte conclusioni sulle interazioni metaboliche all’interno di questi sistemi.
Different introgression lines of Solanum lycopersicum each harbouring definded and distinct substitutions from Solanum pennelli that cover the entire genome. 
Abbiamo intrapreso un progetto in collaborazione con il Prof. Dani Zamir (Università ebraica di Gerusalemme, Rehovot), in cui abbiamo analizzato la metabolica complemento di una serie di oltre 80 Solanum lycopersicum linee di introgressione ogni ospitare definiti e distinti sostituzioni da Solanum pennelli che coprono l’intero genoma. La profilatura di queste linee includerà l’analisi del MS accanto all’analisi dei composti polimerici quali l’amido, la proteina e le componenti della parete cellulare. Recentemente, abbiamo ampliato questi a livello di composti, tessuti e specie per dare una risoluzione molto più elevata del controllo genetico del metabolismo e di come le vie e persino gli organi vegetali competono per il substrato in una serie di condizioni ambientali.
Co-expression network between polyphenol metabolism and light signalling related genes. Co-expression data obtained from a co-expression database generated by ~1,400 of Affymetrix ATH1 microarrays was used in the construction of a co-expression network. Each node represents polyphenol metabolism (blue) and light signaling related genes (yellow). Rete di co-espressione tra il metabolismo dei polifenoli e i geni correlati alla segnalazione luminosa. I dati di co-espressione ottenuti da un database di co-espressione generato da ~1.400 di microarray Affymetrix ATH1 sono stati utilizzati nella costruzione di una rete di co-espressione. Ogni nodo rappresenta il metabolismo dei polifenoli (blu) e i geni correlati alla segnalazione luminosa (giallo).
Anche nella frutta di pomodoro abbiamo iniziato a svelare la rete funzionale associata ai fattori di trascrizione e abbiamo progetti in esecuzione sull’ingegneria metabolica e sull’allevamento assistito di fenolici (che sono ben noti hanno benefici per la salute per l’uomo e per aiutare nelle risposte allo stress all’interno delle piante stesse). In Arabidopsis stiamo seguendo un approccio simile per quanto riguarda i fenolici-prestando particolare attenzione all’isolamento, all’identificazione e alla caratterizzazione funzionale dei nuovi fenilpropanoidi.
Altre attività del gruppo
Il Gruppo di Alisdair Fernie è anche, attraverso il finanziamento del PROGETTO di TEAMING dell’UE Horizon2020 PlantaSyst (SGA-CSA n.664621 e n. 739582 nell’ambito del FPA n. 664620) attualmente coinvolto nella creazione del Centro di biologia e biotecnologia dei sistemi vegetali a Plovdiv, in Bulgaria.
