Il mais si difende dall’arsenico presente nel terreno

Piante di mais in un campo sperimentale vicino a Liesberg, in Baselland. (Foto:
Piante di mais in un campo sperimentale vicino a Liesberg, in Baselland. (Foto: Veronica Caggìa)
Quando le colture crescono su terreni ricchi di arsenico, l’elemento tossico si accumula nella catena alimentare. Uno studio condotto dall’Università di Basilea ha ora dimostrato un meccanismo con cui le piante di mais riducono l’assorbimento dell’arsenico: Il responsabile è uno speciale principio attivo che le radici rilasciano nel terreno.

L’arsenico è un semimetallo tossico di origine naturale. Il suolo e l’acqua contaminati da arsenico si trovano in tutto il mondo, con paesi del Sud-Est asiatico come Bangladesh, Vietnam e Cina particolarmente colpiti. Ma anche in Svizzera esistono singoli hotspot in cui l’arsenico è naturalmente presente in concentrazioni superiori alla media, ad esempio nel suolo del piccolo villaggio di Liesberg, nel Cantone di Basilea.

Il problema particolare per le piante è che l’arsenico ha un comportamento chimico simile a quello del fosforo", spiega Klaus Schläppi del Dipartimento di Scienze Ambientali dell’Università di Basilea. Il fosforo è un importante nutriente che le piante assorbono attraverso speciali canali di trasporto con le radici. Di conseguenza, una quantità sempre maggiore di questa sostanza tossica si accumula nella biomassa ed entra nella catena alimentare. A lungo termine, ciò è dannoso per la salute: ad esempio, un’esposizione eccessiva all’arsenico provoca danni neurologici nell’uomo ed è cancerogena.

Le radici rilasciano un antidoto

Tuttavia, come ha riportato il team di Schläppi sulla rivista scientifica "PNAS", il mais sa come difendersi dall’arsenico, attraverso i cosiddetti benzoxazinoidi. Queste sostanze sono prodotte dalla maggior parte delle piante del gruppo botanico delle graminacee, che comprende anche il mais e il grano. Il mais produce livelli particolarmente elevati di benzoxazinoidi, che vengono rilasciati nel terreno attraverso le radici. Ci sono indicazioni che il mais assorbe meno arsenico rispetto ad altre specie vegetali", afferma Schläppi.


Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno coltivato piante di mais una volta su un terreno privo di arsenico e una volta su un terreno ad alto contenuto di arsenico. Hanno condotto lo stesso esperimento in parallelo con piante di mais incapaci di produrre benzoxazinoidi a causa di un difetto genetico. Schläppi ha condotto gli esperimenti in collaborazione con i gruppi di ricerca di Adrien Mestrot e Matthias Erb dell’Università di Berna.

Disinnescare l’arsenico

Il risultato è stato chiaro: il mais wild-type che produceva benzoxazinoidi cresceva meglio su terreni contenenti arsenico e accumulava una quantità di arsenico significativamente inferiore nella sua biomassa rispetto al mais che non secerneva benzoxazinoidi. Quando i ricercatori hanno aggiunto benzoxazinoidi al terreno contenente arsenico, anche le piante mutanti sono state protette dall’arsenico. Questo ha fornito la prova definitiva che la presenza di benzoxazinoidi nel terreno riduce l’assorbimento dell’arsenico nelle piante", afferma Schläppi.

Nella fase successiva, i ricercatori hanno voluto scoprire il meccanismo alla base di questo effetto. Le analisi del microbioma delle radici hanno indicato che batteri e funghi non sono coinvolti. Tuttavia, le analisi chimiche del suolo hanno mostrato che una forma particolarmente tossica di arsenico scompare dal suolo in presenza di benzoxazinoidi. Si presume quindi che i benzoxazinoidi convertano l’arsenico in modo tale che non possa più essere assorbito dalle radici", ma al momento i processi chimici coinvolti non sono ancora chiari.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che l’effetto positivo dei benzoxazinoidi nel terreno dura a lungo: Anche una seconda generazione di mais ha beneficiato delle escrezioni di benzoxazinoidi della prima generazione e ha accumulato meno arsenico.

Un’applicazione di questi risultati potrebbe essere la coltivazione di linee di piante che rilasciano livelli particolarmente elevati di benzoxazinoidi nei siti contaminati dall’arsenico", afferma Schläppi. L’allevamento di piante iper-esecernenti sarebbe possibile attraverso incroci classici o modifiche genetiche mirate. In questo modo avremmo una maggiore certezza che una minore quantità di arsenico entrerà nella catena alimentare".

Pubblicazione originale


Veronica Caggìa et al.
Metaboliti specializzati trasudati dalle radici riducono la tossicità dell’arsenico nel mais.
PNAS (2024), doi: 10.1073/pnas.2314261121