Ogni foglia di una pianta ha centinaia di minuscoli pori, che inalano CO2 e rilasciano ossigeno e vapore acqueo. Questi stomi sono essenziali per la fotosintesi, sono decisivi per la vita delle piante e di conseguenza sono cruciali per la sopravvivenza del nostro pianeta. La dimensione delle aperture è controllata dinamicamente per consentire alle piante di adattarsi alle mutevoli condizioni come nel caso della variazione della luce solare, della siccità e della pioggia. L’apertura e la chiusura è facilitata dal rigonfiamento e restringimento di due cosiddette celle di guardia che formano un bordo anulare attorno al poro.
Chi conosce bene le piante sa che le foglie si difendono quando incontrano microbi potenzialmente patogeni, una reazione che fa parte del sistema immunitario innato delle piante: i recettori sulla superficie delle cellule vegetali riconoscono le strutture tipiche dei microbi e questo meccanismo porta a una serie di reazioni che alla fine blocca l’ingresso e la moltiplicazione dei microbi.
Una di queste risposte è la chiusura stomatica, che impedisce praticamente l’accesso ai patogeni. Le dinamiche alla base di questa chiusura però sono rimaste in gran parte inspiegabili, anche se è stato dimostrato che un rapido afflusso di ioni di calcio nelle cellule di guardia contribuisce a innescare la reazione.
“L’identità dei canali che mediano questo rapido movimento del calcio era ancora sconosciuta e ha impegnato i ricercatori per molto tempo”, ha affermato Cyril Zipfel, professore di fisiologia vegetale molecolare e cellulare presso l’Università di Zurigo e leader di un gruppo presso il Sainsbury Laboratory in Norwich, Regno Unito.
Ora dopo sei anni di ricerca, è stato pubblicato uno studio che fa luce su questo fenomeno e identifica il ruolo del canale del calcio nella pianta modello Arabidopsis. Oltre al team di Zipfel, diversi gruppi di ricerca internazionali hanno contribuito ai risultati di questa ricerca.
L’indizio decisivo è stato che la proteina canale identificata, OSCA1.3 – con una funzione fino ad ora sconosciuta – è stata modificata da un importante componente del sistema immunitario della pianta. Questa modifica porta all’apertura del canale OSCA1.3, all’afflusso di ioni calcio nelle celle di guardia e alla chiusura degli stomi. Il team di Zipfel ha potuto dimostrare che questa reazione si è innescata quando le piante di Arabidopsis sono state messe a contatto con parti di flagelli batterici, uno dei trigger microbici del sistema immunitario delle piante.
La conferma di questa ipotesi c’è stata poi quando i ricercatori hanno introdotto diverse mutazioni genetiche che hanno abolito la funzione del canale del calcio OSCA1.3. In queste piante mutate, l’innesco microbico non ha portato alla chiusura dei pori. Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che il canale non è attivato nemmeno dalla siccità e dalla salinità, altri fattori ambientali che inducono la chiusura degli stomi.
“Abbiamo identificato il primo canale del calcio con un ruolo nella chiusura stomatica”, ha affermato Zipfel “e questo canale sembra specifico per l’immunità delle piante”. Il team ipotizza che altri canali del calcio vegetale della stessa famiglia possano rispondere in modo specifico ad altri fattori di stress come la siccità. Un’area su cui i ricercatori intendono indagare con i prossimi studi.
“Questo canale ha un ruolo importante nella risposta immunitaria delle piante”, afferma Zipfel. “I risultati del nostro studio aprono prospettive interessanti per il breeding, per arrivare a creare colture resistenti ai patogeni”. Sotto una significativa minaccia da parte di agenti patogeni, le piante potrebbero quindi chiudere le porte che normalmente consentirebbero a microbi pericolosi di entrare nei loro tessuti.