Radice di S. parvula ripresa con un microscopio confocale
Schrenkiella parvula, una pianta della famiglia della senape, non solo sopravvive in condizioni che ucciderebbero la maggior parte delle piante, ma prospera in esse
Di fronte a condizioni troppo secche, salate o fredde, la maggior parte delle piante cerca di conservare le risorse. Mandano fuori meno foglie e radici e chiudono i pori per trattenere l'acqua. Se le circostanze non migliorano, alla fine muoiono. Alcune piante, note come estremofile, si sono evolute per gestire ambienti difficili. Schrenkiella parvula, un membro ispido e ramificato della famiglia della senape, non solo sopravvive in condizioni che ucciderebbero la maggior parte delle piante, ma prospera in esse. Cresce lungo le rive del lago di Tuz in Turchia, dove le concentrazioni di sale nell'acqua possono essere sei volte superiori a quelle nell'oceano. In un recente articolo pubblicato su Nature Plants, (1) i ricercatori della Stanford University hanno scoperto che la Schrenkiella parvula in realtà cresce più velocemente in queste condizioni stressanti.
Secondo il dottor Jose R. Dinneny, (2) professore associato di biologia a Stanford, autore senior dell'articolo, «La maggior parte delle piante produce un ormone dello stress che agisce come un segnale di arresto per la crescita. Tuttavia, in questo estremofito c'è il via libera. La pianta accelera la sua crescita in risposta a questo ormone dello stress».
Dinneny e i suoi colleghi stanno studiando Schrenkiella parvula per capire meglio come alcune piante affrontano condizioni difficili. Le loro scoperte potrebbero aiutare gli scienziati a progettare colture in grado di crescere in terreni di qualità inferiore e adattarsi agli stress dei cambiamenti climatici.
La dottoressa Ying Sun, (3) ricercatrice post-dottorato presso il Salk Institute che ha conseguito il dottorato a Stanford ed è l'autrice principale del documento, afferma: «Con il cambiamento climatico, non possiamo aspettarci che l'ambiente rimanga lo stesso. Le nostre colture dovranno adattarsi a queste condizioni in rapido mutamento. Se riuscissimo a capire i meccanismi che le piante usano per tollerare lo stress, potremmo aiutarle ad adattarsi meglio e più velocemente».
Una risposta inaspettata
Schrenkiella parvula è un membro della famiglia delle Brassicaceae, che contiene cavoli, broccoli, rape e altre importanti colture alimentari. Nelle aree in cui si prevede che il cambiamento climatico aumenterà la durata e l'intensità della siccità, sarebbe prezioso se queste colture fossero in grado di resistere alle intemperie o addirittura prosperare in quei periodi di siccità.
Quando le piante incontrano condizioni secche, salate o fredde, che creano tutti stress legati all'acqua, producono un ormone chiamato acido abscissico o ABA. Questo ormone attiva geni specifici, essenzialmente dicendo alla pianta come rispondere. I ricercatori hanno esaminato come diverse piante della famiglia delle Brassicaceae, inclusa la Schrenkiella parvula, hanno risposto all'ABA. Mentre la crescita delle altre piante rallentava o si fermava, le radici di Schrenkiella parvula crescevano significativamente più velocemente.
Schrenkiella parvula è strettamente imparentata con le altre piante nello studio e ha un genoma di dimensioni molto simili, ma l'ABA sta attivando diverse sezioni del suo codice genetico per creare un comportamento completamente diverso.
«Quel ricablaggio di quella rete spiega, almeno in parte, perché stiamo ottenendo queste diverse risposte di crescita nelle specie tolleranti allo stress», ha detto Dinneny.
Ingegneria delle colture future
Comprendere questa risposta allo stress - e come progettarla in altre specie - potrebbe aiutare più delle semplici colture alimentari, ha affermato Dinneny. Schrenkiella parvula è anche correlata a diverse specie di semi oleosi che hanno il potenziale per essere ingegnerizzati e utilizzati come fonti sostenibili di carburante per aerei o altri biocarburanti. Se queste piante possono essere adattate per crescere in condizioni ambientali più difficili, ci sarebbe più terra disponibile per coltivarle.
«Vuoi coltivare colture bioenergetiche su un terreno non adatto alla coltivazione di cibo, ad esempio un campo agricolo che ha degradato il suolo o ha accumulato salinità a causa di un'irrigazione impropria», ha detto Dinneny. «Queste aree non sono immobili agricoli di prim'ordine, ma terreni che altrimenti verrebbero abbandonati».
Il dottor Dinneny e i suoi colleghi stanno continuando a studiare la rete di risposte che potrebbero aiutare le piante a sopravvivere in condizioni estreme. Ora che hanno un'idea di come Schrenkiella parvula sostenga la sua crescita di fronte all'acqua limitata e all'elevata salinità, cercheranno di progettare piante correlate per essere in grado di fare lo stesso modificando i geni attivati dall'ABA.
«Stiamo cercando di capire qual è la salsa segreta per queste specie vegetali: cosa consente loro di crescere in questi ambienti unici e come possiamo utilizzare questa conoscenza per progettare tratti specifici nelle nostre colture», conclude Dinneny.
Il dottor Jose R. Dinneny è un membro della Stanford Bio-X; il Direttore del Graduate Studies e presidente del Graduate Studies Committee presso lo Stanford’s Biology Department; e un collega dell'American Association for the Advancement of Science.
Ulteriori coautori di Stanford di questa ricerca includono la ricercatrice Lina Duan, lo studioso post-dottorato Prashanth Ramachandran e lo studente laureato Andrea Ramirez. Altri coautori provengono dalla Louisiana State University e dal Salk Institute for Biological Studies.
Questo lavoro è stato finanziato dall'U.S. Department of Energy, dal Carnegie Institution for Science, dalla National Science Foundation, dal Rural Development Association of South Korea, e dall'HHMI-Simons Faculty Scholars program.
Riferimenti:
(1) Divergence in the ABA gene regulatory network underlies differential growth control
(2) Jose R. Dinneny
(3) Ying Sun
Descrizione foto:
Foto destra: Schrenkiella parvulais è una pianta che può crescere - anche prosperare - in condizioni estremamente salate. I ricercatori del laboratorio Dinneny studiano questa pianta per comprendere questo adattamento speciale e come potrebbero essere in grado di modificare altre piante per resistere ad ambienti altrettanto stressanti. - Credit: José Dinneny.
Foto sinistra: Radice di S. parvula ripresa con un microscopio confocale. - Credit: Prashanth Ramachandran.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How one ‘extreme’ plant could help Stanford biologists engineer climate-resistant crops