Nel corso dell’ultimo decennio, un team di esperti di biologia vegetale dell’Università della California ha lavorato per creare una specie di un atlante molecolare delle radici di diverse colture per comprendere come le piante reagiscono agli effetti della siccità e di altre minacce ambientali. Un grande puzzle grazie al quale sono stati identificati alcuni geni che potrebbero essere utilizzati per proteggere le piante da questi stress.
La ricerca ha messo in luce in modo approfondito alcune funzioni chiave delle radici perché combinava i dati genetici di diverse cellule delle radici di pomodoro, esaminando piante coltivate sia all’interno che all’esterno.
“Spesso i ricercatori fanno esperimenti in laboratorio e in serra, ma gli agricoltori coltivano nei campi e questi dati tengono conto anche di campioni recuperati sul campo”, ha detto Neelima Sinha, professoressa di biologia vegetale della UC Davis e coautrice dell’articolo.
Da questo studio sono emerse informazioni importanti sui geni che guidano tre aspetti fondamentali della vita di una pianta.
Gli xilemi sono vasi cavi, simili a tubi, che trasportano acqua e sostanze nutritive dalle radici fino ai germogli. Senza questa funzione dello xilema, la pianta non può provvedere al proprio nutrimento tramite la fotosintesi. Gli xilemi, dunque, hanno un ruolo decisivo per sostenere le piante contro la siccità, il sale e altri stress. Non solo. Senza il trasporto di minerali vegetali nello xilema, gli esseri umani e altri animali avrebbero meno vitamine e sostanze nutritive essenziali per la loro sopravvivenza. Oltre ad alcuni fattori noti necessari per formare lo xilema, sono stati individuati geni sconosciuti e sorprendenti.
Il secondo insieme di geni decisivi è quello che contribuisce alla creazione di uno strato esterno della radice per produrre lignina e suberina. La suberina è la sostanza chiave del sughero e circonda le cellule vegetali in uno spesso strato, trattenendo l’acqua durante la siccità. Colture come pomodori e riso hanno suberina nelle radici. I frutti della mela hanno suberina che circonda le loro cellule esterne. Ovunque si manifesti, impedisce alla pianta di perdere acqua. La lignina inoltre impermeabilizza le cellule e fornisce supporto meccanico.
“La suberina e la lignina sono forme naturali di protezione dalla siccità, e ora che sono stati identificati i geni che codificano per loro in questo strato di cellule molto specifico, questi composti possono essere migliorati”, ha detto la coautrice dello studio Julia Bailey-Serres, UC Professore di genetica.
Anche i geni che determinano il meristema della radice di una pianta si sono rivelati notevolmente simili tra pomodoro, riso e Arabidopsis, una pianta modello simile a un’erbaccia. Il meristema è la punta crescente di ogni radice ed è la fonte di tutte le cellule che compongono la radice.
“È la regione che produrrà il resto della radice e funge da nicchia per le cellule staminali”, ha affermato Bailey-Serres. “Determina le proprietà delle radici stesse, a partire dalla loro dimensione. Conoscerla meglio può aiutarci a sviluppare radici migliori e più resistenti “.
I ricercatori hanno sottolineato che in generale nel breeding la selezione viene effettuata in base a caratteristiche evidenti, che si possono vedere, come nel caso di frutti più grandi o più saporiti, difficilmente vengono selezionate piante le cui proprietà particolari rimangono sotto terra.
“La ‘metà nascosta’ di una pianta, quella che rimane sotto, è invece fondamentale per chi fa breeding se si vogliono ottenere varietà di qualità e resistenti”, ha detto Brady. “Ed essere in grado di modificare il meristema delle radici di una pianta ci aiuterà a progettare colture con proprietà più desiderabili”.
Sebbene questo studio abbia analizzato solo tre piante, il team ritiene che i risultati possano essere applicati in modo più ampio.
“Il pomodoro e il riso sono separati da oltre 125 milioni di anni di evoluzione, eppure vediamo ancora somiglianze tra i geni che controllano le caratteristiche chiave”, ha detto Bailey-Serres. “È probabile che queste somiglianze valgano anche per altre colture.”
Lo studio è stato pubblicato su Cell.
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