Provare a ripartire dalle origini per riuscire a migliorare il domani, in fondo è stato questo l’obiettivo del progetto di ricerca che ha condotto un team dell’Università di Zurigo e del Boyce Thompson Institute.
I ricercatori si sono messi a studiare le antichissime antocerote, uno dei primi gruppi di piante che ha colonizzato la terra, un fenomeno che risale a più di 500 milioni di anni fa, quando c’era un’unica massa terrestre e la maggior parte della vita esisteva sott’acqua.
Il lavoro, iniziato nel 2011, è stato complesso. “Ci sono voluti tre anni per capire come riuscire a far crescere l’antocerote in un ambiente di laboratorio e altri tre anni per assemblare e annotare correttamente il suo genoma”, ha affermato Péter Szövényi, ricercatore presso l’università di Zurigo e autore dell’articolo.
Uno degli obiettivi, infatti, era individuare i geni che consentono a questa pianta di concentrare l’anidride carbonica all’interno dei cloroplasti, una caratteristica che le permette di aumentare la capacità di produrre zuccheri e di conseguenza migliorare la resa. Queste piante infatti sono le uniche ad avere questa capacità, anche se alcune specie di alghe condividono questo tratto.
I ricercatori hanno quindi confrontato i genomi delle antocerote con quelli delle alghe e hanno scoperto un gene, LCIB, che è condiviso dai due gruppi di piante ma non con altre piante terrestri. “Se questo meccanismo di concentrazione del carbonio potesse essere “installato” nelle piante coltivate potrebbe contribuire a renderle molto più grandi con lo stesso impiego di fertilizzante”, spiega il primo autore Fay-Wei Li, biologo vegetale presso il Boyce Thompson Institute e la Cornell University.
Inoltre, le antocerote vivono in simbiosi con funghi e cianobatteri che forniscono alle piante fosforo e azoto. I ricercatori hanno anche identificato 40 geni che favoriscono l’assunzione di azoto che deriva dalla relazione interdipendente con i cianobatteri, una caratteristica unica nelle piante terrestri. “Se questa capacità potesse essere trasferita alle piante coltivate, si potrebbero risparmiare molte tonnellate di fertilizzanti azotati”, afferma Szövényi. “Una tale riduzione di fertilizzanti sarebbe preziosa per il benessere dell’ambiente anche perché l’eccesso di azoto agricolo entra frequentemente nei corsi d’acqua e può causare pericolose fioriture di alghe.” Szövényi e Li stanno già conducendo studi anche per comprendere il meccanismo genetico alla base dell’interazione simbiotica pianta-cianobatteri.
Il team ha anche fatto luce su alcuni aspetti dell’evoluzione delle prime piante terrestri. Senza stomi, la maggior parte delle piante non può assorbire anidride carbonica e dunque non può vivere sulla superficie terrestre. Pertanto, gli stomi rappresentano l’innovazione chiave che ha contribuito alla loro colonizzazione dell’ambiente terrestre. Tuttavia, fino ad ora non si era in grado di definire la natura di questa innovazione, vale a dire se si è verificata un’unica evoluzione degli stomi delle piante terrestri o se in realtà si sono verificate più evoluzioni, diverse e indipendenti.
Le antocerote hanno stomi solo durante la fase di produzione delle spore e i ricercatori hanno scoperto che il kit di strumenti genetici di base che governa lo sviluppo stomatico nelle piante è condiviso, ma che negli antenati delle piante terrestri gli stomi hanno avuto un’unica evoluzione.
Antocerote, epatiche e muschi sono state tra le prime piante a colonizzare la terra. I ricercatori hanno esaminato le specificità dei tre gruppi e hanno scoperto che sono più numerose le caratteristiche che le accomunano rispetto a quelle che condividono con le piante vascolari. E che anche le epatiche e i muschi sono più affini tra loro rispetto alle antocerote.
Le ricerche proseguono. Sono lavori lunghi, lenti, complessi, che nascono da conoscenze e intuizioni e che devono sempre tradursi in nuovi dati e nuove evidenze. E anche se a molti di noi sembrano esercizi accademici o voli pindarici bisogna essere consapevoli che solo queste nuove scoperte ci consentiranno di costruire un futuro davvero sostenibile. Investire nella Ricerca non può essere un optional.
L’articolo: Fay-Wei Li et. al. Anthoceros genomes illuminate the origin of land plants and the unique biology of hornworts. Nature Plants. March 13, 2020. DOI: 10.1038/s41477-020-0618-2
La foto è di Michael Luth.