Gestire l’acqua come una succulenta: un team di ricerca guidato dall’Università di Berna ha decifrato un meccanismo con cui una succulenta poco appariscente regola l’assorbimento di anidride carbonica attraverso la superficie fogliare in modo così fine da riceverne a sufficienza per la fotosintesi senza perdere troppa acqua - e può quindi vivere in modo da risparmiare acqua. Le scoperte potrebbero essere utilizzate per rendere le colture più resistenti alla siccità e per garantire i raccolti durante il caldo e la siccità.
Le piante effettuano la fotosintesi per accumulare sostanze ricche di energia, come lo zucchero, dalla luce solare, dall’acqua e dall’anidride carbonica (CO2), di cui hanno bisogno per la crescita e il metabolismo. Mentre la pianta si procura l’acqua attraverso le radici, deve assorbire la CO2 dall’aria. Per farlo, apre i minuscoli stomi sulla superficie della foglia, che lasciano entrare la CO2, ma questo comporta anche una perdita di acqua verso l’esterno, simile alla sudorazione negli esseri umani. Le piante devono quindi regolare i loro stomi in modo da ricevere abbastanza CO2 per la fotosintesi senza perdere troppa acqua, il che rappresenta una sfida particolare in condizioni di caldo e siccità. Alcuni tipi di piante, come le succulente, hanno sviluppato strategie per adattarsi a queste condizioni ambientali di estrema siccità: immagazzinano l’acqua in grandi cellule delle loro foglie spesse e carnose, dei fusti o delle radici e, a differenza della maggior parte delle piante, aprono i loro stomi specializzati per lo scambio di gas principalmente di notte, quando la perdita di acqua è minima grazie alle temperature più fresche.
I trucchi delle succulente: Perché Kalanchoë laxiflora serve come pianta modello
Un gruppo di ricerca internazionale guidato da ricercatori dell’Istituto di Scienze Vegetali e del Centro Oeschger per la Ricerca sul Clima dell’Università di Berna, in collaborazione con l’Università di Liverpool, ha utilizzato la succulenta fogliare Kalanchoë laxiflora per dimostrare come si formano gli stomi specializzati in queste piante che risparmiano acqua. Il gruppo di ricerca sta quindi fornendo una base per trasferire in futuro tali meccanismi di risparmio idrico alle piante coltivate.
un sistema modello è un organismo esemplare particolarmente studiato - nel nostro caso una pianta grassa - che può essere utilizzato per decifrare meccanismi di base che possono essere trasferiti ad altre piante, come le colture agricole", spiega Xin Cheng, coautore dello studio e aggiunge Heike Lindner, coautrice dello studio dell’Istituto di scienze vegetali e del Centro Oeschger per la ricerca sul clima dell’Università di Berna: ’Un aspetto importante della Kalanchoë laxiflora è che forma semi in un tempo relativamente breve. Abbiamo anche decodificato le sue informazioni genetiche e sviluppato metodi per manipolare geneticamente la pianta. Lindner ha recentemente ottenuto una sovvenzione di avviamento del FNS per la ricerca sullo sviluppo della succulenza fogliare e sull’instaurazione della fotosintesi a risparmio idrico nel sistema modello Kalanchoë laxiflora.
Un interruttore genico con un ruolo chiave per le piante resistenti al clima
Al centro dello studio attuale c’è la cosiddetta proteina MUTE, un tipo di interruttore genico che controlla la formazione delle cellule degli stomi. Finora il crescione è stato utilizzato principalmente come pianta modello classica nella ricerca. da un lato, la proteina MUTE assicura la formazione delle cosiddette cellule di guardia. Inoltre, MUTE limita ulteriori divisioni cellulari nel crescione, da cui potrebbero formarsi cellule ausiliarie specializzate", spiega Lindner. nel nostro modello di succulenta Kalanchoë laxiflora, invece, la proteina MUTE guida ulteriori divisioni cellulari da cui emergono le caratteristiche cellule ausiliarie", spiega Lindner. i nostri risultati indicano che queste cellule ausiliarie sono coinvolte nel trasporto degli ioni e quindi supportano il movimento delle cellule di guardia e la regolazione degli scambi gassosi", afferma Lindner.
La funzione di MUTE nella Kalanchoë laxiflora è quindi simile a quella delle graminacee, dove la proteina è anche coinvolta nella formazione di cellule ausiliarie specializzate. A differenza delle succulente, le graminacee non chiudono gli stomi durante il giorno, ma sono anche ben adattate allo stress idrico. i nostri risultati dimostrano che lo stesso interruttore genico MUTE sia nelle succulente che nelle graminacee - piante evolutivamente molto distanti tra loro e con forme di fotosintesi diverse - contribuisce alla formazione di cellule ausiliarie che aiutano gli stomi a regolare gli scambi gassosi in modo efficiente dal punto di vista dell’utilizzo dell’acqua", spiega Michael Raissig, ultimo autore dello studio e presso l’Istituto di Scienze Vegetali e il Centro Oeschger per la ricerca sul clima dell’Università di Berna. I ricercatori interpretano il fatto che MUTE abbia assunto questa nuova funzione nelle succulente e nelle graminacee - a differenza del crescione - come una forte indicazione del fatto che questo interruttore genico consente la diversità delle forme di stomi e contribuisce quindi all’adattamento diretto agli habitat e alla disponibilità di acqua. Raissig aggiunge: ’La funzione centrale e sviluppata in modo indipendente della proteina MUTE la rende un punto di partenza particolarmente promettente per modificare gli stomi delle piante coltivate in modo che possano resistere molto meglio alla siccità.’
Dalla succulenta al campo: prospettive per l’agricoltura
i risultati ottenuti con la Kalanchoë laxiflora hanno un grande potenziale per la pratica agricola, ben oltre la ricerca di base", spiega Raissig. Una volta chiarito quali sono i geni e i tipi di cellule che consentono la vita delle piante succulente e quindi il risparmio idrico, l’allevamento e la biotecnologia potrebbero lavorare in modo specifico per introdurre o migliorare caratteristiche simili nelle piante coltivate, ad esempio nei cereali, negli ortaggi o nelle piante da foraggio. se comprendiamo questi processi, i sistemi succulenti potrebbero essere introdotti nelle colture. A lungo termine, gli insegnamenti che trarremo dalle succulente potrebbero portare a varietà più robuste e adatte alla siccità, in grado di dare un importante contributo alla sicurezza alimentare globale in tempi di crisi climatica e, allo stesso tempo, di contribuire alla conservazione delle risorse idriche", conclude Lindner.
