In due pubblicazioni, biologi di Utrecht e colleghi internazionali descrivono i processi utilizzati dalle piante per adattarsi al calore. Le scoperte forniscono informazioni su come le piante funzionano in modo ottimale a temperature elevate subottimali. Potrebbe anche fornire un trampolino di lancio verso il controllo della crescita delle piante e renderle più resistenti al riscaldamento globale. I ricercatori pubblicano i loro risultati su The Plant Journal e Nature Communications.
Orsi polari nel deserto
Eppure molte specie di piante hanno sviluppato modi per far fronte alle temperature più elevate. "A differenza degli animali, molte piante possono adattare la forma del proprio corpo in risposta al calore e ad altri fattori ambientali", afferma il ricercatore Martijn van Zanten, affiliato all'Università di Utrecht e che ha contribuito a entrambe le pubblicazioni. “Gli animali sono una storia completamente diversa. In poche parole, se metti un orso polare nel deserto, sembrerà comunque un orso polare con una spessa pelliccia. Ma se una pianta cresce in condizioni più calde, adatterà di conseguenza la sua forma del corpo. In questo modo, l'impianto cerca di funzionare in modo ottimale in queste condizioni meno favorevoli".
Dalla forma compatta alla pianta aperta
Molte specie di piante possono adattare la forma dei loro steli e foglie per renderle più resistenti alle alte temperature. Questo vale anche per il crescione (Arabidopsis thaliana), considerato da molti biologi vegetali come il loro modello di pianta preferito. In condizioni di freddo, queste piante sono compatte e hanno le foglie vicine al suolo. Quando le temperature aumentano, assumono una postura più aperta. Le foglie, ad esempio, diventano più erette. Ciò riduce notevolmente la radiazione diretta dal sole. Inoltre, i gambi delle foglie si allungheranno, consentendo a più vento di passare le foglie e dissipare il calore.
Allungamento desiderato e indesiderato
Tuttavia, nei raccolti e nei fiori (tagliati), questo tipo di allungamento è spesso indesiderato. I coltivatori vogliono controllare questi cambiamenti poiché l'allungamento può ostacolare la qualità del prodotto. “Ma allo stesso tempo, è necessario un adattamento per rendere le colture più resistenti alle temperature più elevate dovute ai cambiamenti climatici. Ciò è necessario per mantenere la produzione a lungo termine", afferma Van Zanten.
Rendere le piante più tolleranti al clima
"Molte colture coltivate hanno perso la capacità di rispondere bene alle temperature più elevate", afferma Van Zanten. "In varie colture, è scomparso durante il processo di addomesticamento e allevamento poiché gli allevatori si sono concentrati principalmente su altri tratti".
Con il cambiamento climatico che fa aumentare le temperature, Van Zanten afferma che c'è una crescente necessità di rendere le piante più tolleranti al clima. “Ciò richiede la conoscenza di come le piante affrontano le temperature più elevate. Come convertono i segnali di temperatura che ricevono in adattamenti di crescita? La ricerca sui meccanismi molecolari mediante i quali le piante si adattano alla temperatura non ottimale, consente agli strumenti di regolare l'architettura delle colture attraverso l'allevamento”.
Il meccanismo molecolare attiva la postura del calore
Le piante di crescione di Thale che non si adattano più alle temperature più elevate possono riacquistare tale capacità se esposte a determinate sostanze chimiche. Lo ha scoperto un gruppo di ricerca internazionale guidato da Van Zanten. Il team ha testato un gran numero di sostanze su un mutante di crescione che non si adatta più alle alte temperature. Hanno trovato una molecola che può "attivare" l'adattamento alle alte temperature nelle giovani piante, anche a basse temperature.
I ricercatori chiamano questo composto "Heatin". Modificando chimicamente la molecola e quindi studiando quali proteine possono legarsi al riscaldamento, hanno trovato un gruppo di proteine chiamate nitrilasi. È noto che il sottogruppo identificato si verifica solo nei cavoli e nelle specie correlate, incluso il crescione.
Insieme a un'azienda di allevatori di piante, i biologi hanno scoperto che in effetti le specie di cavolo reagiscono al riscaldamento. Hanno anche scoperto che le nitrilasi sono necessarie per l'adattamento alle alte temperature, probabilmente perché consentono la produzione del noto ormone della crescita auxina. I ricercatori hanno pubblicato questa scoperta su The Plant Journal.
Nuovo percorso per l'adattamento alle alte temperature
La pubblicazione dei risultati di Heatin coincide con un'altra pubblicazione, oggi su Nature Communications. Quella ricerca è stata condotta da scienziati dell'istituto VIB in Belgio, con il coinvolgimento anche di Van Zanten. Il team ha scoperto una proteina precedentemente non descritta che regola il modo in cui le piante si adattano a un ambiente più caldo. La proteina è stata denominata MAP4K4/TOT3, con TOT che significa Target of Temperature.
Sorprendentemente, il processo guidato da TOT3 è in gran parte indipendente da tutte le altre vie di segnalazione che i biologi hanno finora collegato all'adattamento al calore nelle piante. Inoltre, gli adattamenti di TOT3 non sembrano dipendere dalla quantità e dalla composizione della luce che risplende su una pianta.
Van Zanten: “C'è una grande sovrapposizione nei meccanismi molecolari con cui le piante adattano la crescita al cambiamento della composizione della luce e all'alta temperatura. Con TOT3, ora abbiamo un fattore a portata di mano con cui possiamo controllare la crescita ad alte temperature, senza interferire con il modo in cui la pianta affronta la luce".
Ampie applicazioni
"Ciò che lo rende ancora più interessante", afferma Van Zanten, "è che TOT3 svolge un ruolo simile nell'adattamento alla crescita ad alte temperature sia nel crescione che nel grano. Queste due specie sono geneticamente abbastanza separate l'una dall'altra. Quindi questo offre un grande potenziale per ampie applicazioni.”
Alternativa agli inibitori della crescita
In definitiva, le scoperte di TOT3 e il ruolo delle nitrilasi possono aiutare a continuare a coltivare raccolti sufficienti, anche quando le temperature aumentano a causa del cambiamento climatico. Le scoperte offrono anche opportunità per sviluppare alternative alle sostanze chimiche che ora vengono spesso utilizzate per inibire la crescita delle piante. Ad esempio, Van Zanten cita i fiori recisi, che rispondono molto fortemente alle fluttuazioni di temperatura. In floricoltura, quindi, vengono utilizzati molti inibitori della crescita per mantenere le piante belle e compatte.
"Nel momento in cui acquisti i tulipani, ad esempio, hanno ancora un bel gambo corto", afferma Van Zanten. “Ma dopo alcuni giorni a casa tua, iniziano a pendere dal bordo del vaso. Le temperature interne più elevate fanno sì che le piante si allunghino, portandole infine a cedere e piegarsi. Speriamo che le nuove conoscenze contribuiscano alla selezione di nuove varietà di fiori che si allungano meno alle alte temperature. In questo modo, possiamo ridurre l'uso di inibitori della crescita dannosi”.
Per maggiori informazioni:
Università di Utrecht
www.uu.nl