Quando le piante si trovano ad affrontare condizioni troppo secche, salate o fredde, la maggior parte di esse cerca di conservare le risorse. Emettono meno foglie e radici e chiudono i pori per trattenere l’acqua. Se le circostanze non migliorano, alla fine muoiono.
Ma alcune piante, note come estremofite, si sono evolute per sopravvivere in ambienti difficili. La Schrenkiella parvula, un membro ispido e ramificato della famiglia della senape, non solo sopravvive ma prospera in condizioni che ucciderebbero la maggior parte delle piante. Cresce lungo le rive del lago di Tuz in Turchia, dove le concentrazioni di sale nell’acqua possono essere sei volte superiori a quelle dell’oceano.
In un articolo pubblicato su Nature Plants il 2 maggio 2022, i ricercatori della Stanford University raccontano di avere scoperto che la Schrenkiella parvula in realtà cresce più velocemente in queste condizioni stressanti.
“La maggior parte delle piante produce un ormone dello stress che agisce come un segnale di arresto per la crescita“, ha affermato José Dinneny, professore associato di biologia a Stanford, autore senior dell’articolo. “Ma in questo estremofito da il via libera. La pianta accelera la sua crescita in risposta a questo ormone dello stress”.
Immagine di una radice di S. parvula ripresa con un microscopio confocale. Credito: Prashanth Ramachandran
Dinneny e i suoi colleghi stanno studiando la Schrenkiella parvula per saperne di più su come alcune piante affrontano condizioni avverse. 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.
“Con il cambiamento climatico, non possiamo aspettarci che l’ambiente rimanga lo stesso“, ha affermato Ying Sun, ricercatrice post-dottorato presso il Salk Institute, che ha conseguito il dottorato a Stanford ed è uno degli autori principali del documento. “Le nostre colture dovranno adattarsi a queste condizioni in rapido mutamento. Se riusciamo a capire i meccanismi che le piante usano per tollerare lo stress, possiamo aiutarle a farlo 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 importante 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, condizioni che alle piante creano stress legato 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, rispondono all’ABA. Mentre la crescita delle altre piante rallentava o si fermava, le radici di Schrenkiella parvula crescevano in tempi significativamente più rapidi.
La Schrenkiella parvula è strettamente imparentata con le altre piante dello studio e ha un genoma di dimensioni molto simili, ma, nel suo caso, l’ABA attiva diverse sezioni del suo codice genetico che attivano un comportamento completamente diverso. “Il ricablaggio di quella rete spiega, almeno in parte, perché otteniamo 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 potranno essere adattate a 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 normalmente non verrebbero utilizzate per l’agricoltura ed i terreni resterebbero abbandonati“.
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 a disponibilità di acqua limitata o all’elevata salinità, cercheranno di progettare piante in grado di fare lo stesso modificando i geni attivati dall’ABA.
“Stiamo cercando di capire qual è la ricetta segreta di 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“, ha affermato Dinneny.
Riferimento: “Divergence in the ABA gene regulatory network underlies differential growth control” di Ying Sun, Dong-Ha Oh, Lina Duan, Prashanth Ramachandran, Andrea Ramirez, Anna Bartlett, Kieu-Nga Tran, Guannan Wang, Maheshi Dassanayake e José R. Dinneny, 2 maggio 2022, Piante naturali .
DOI: 10.1038/s41477-022-01139-5
