Durante la loro ricerca quotidiana di sopravvivenza, le piante devono trovare un difficile equilibrio tra crescita e difesa. Entrambe le funzioni sono fondamentali per la loro vita, tuttavia, la maggior parte delle piante non è in grado di fare entrambe le cose contemporaneamente.
Per lungo tempo, si è pensato che alla base di questo compromesso potesse esserci una questione di risorse energetiche. Quando una pianta si sta difendendo dai patogeni, l’energia potrebbe essere troppo limitata per consentire alla pianta di crescere. Ma la ricerca scientifica ha fatto scoprire nuove evidenze.
Un articolo (*) pubblicato lo scorso ottobre su Cell Reports fa luce sui meccanismi mal compresi di questo compromesso e chiarisce che le ragioni sottostanti sono l’incompatibilità dei percorsi molecolari che regolano la crescita e la difesa delle piante.
Oltre al compromesso osservato, la crescita e la difesa necessitano di requisiti apparentemente contraddittori. La crescita è un processo che spesso richiede l’allentamento della parete cellulare in modo che le cellule abbiano spazio per espandersi. La difesa, in molti casi, richiede un inasprimento della parete cellulare. In questo modo, le cellule formano una barricata più solida che è più difficile da penetrare per i patogeni.
Nel loro documento i ricercatori hanno dimostrato che il regolatore trascrizionale HBl1 (Homolog of Bee2 Interacting with lBH 1) relativo alla crescita controlla entrambi i processi all’interno delle piante.
A causa della natura contrastante dei due processi, i ricercatori hanno dimostrato che il compromesso tra difesa e crescita è causato dall’incompatibilità dei percorsi e non da risorse energetiche limitate. Entrambi i processi sono regolati dallo stesso fattore di trascrizione anche se richiedono livelli ROS contrastanti, i ROS sono radicali liberi dell’ossigeno provocati dagli stress ambientali che portano alla morte delle cellule.
Lo studio è iniziato quattro anni fa presso l’Università RWTH di Aquisgrana ed ora è portato avanti dal professor Jozefus Schippers, che sta studiando i percorsi e le funzioni degli ossidanti nelle piante con il gruppo di ricerca “Seed Development” presso il Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) di Gatersleben.
Il dottor Schippers ha dichiarato: “Con le nostre attuali scoperte, stiamo iniziando a comprendere uno dei meccanismi alla base del compromesso “crescita-difesa”. La sua comprensione è fondamentale se vogliamo migliorare la produzione di biomassa delle piante senza rischiare di compromettere la loro capacità di difendersi dai patogeni.” E ha aggiunto: “Allo stato attuale, ci sono più di 70 perossidasi e 10 ossidasi NADPH all’interno delle piante e non sappiamo esattamente cosa stanno facendo. Comprenderle è di particolare interesse poiché le perossidasi e le ossidasi hanno effetti simili nelle piante e negli animali e questo indica che la loro conservazione funzionale precede quella degli ormoni, visto che i percorsi ormonali hanno subito evoluzioni diverse nell’uomo e nelle piante. Con i nostri studi intendiamo districare completamente questi percorsi a livello cellulare per riuscire a individuare la loro regolazione e il loro funzionamento durante lo sviluppo delle piante. “
Il Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), a Gatersleben, è un centro che si occupa di diversi temi nell’ambito di tre filoni di ricerca: conservazione, sviluppo e utilizzo delle risorse genetiche vegetali, dinamica del genoma e biologia integrativa delle prestazioni delle piante. I progetti dell’istituto si propongono di individuare i principi genetici, biochimici e fisiologici dello sviluppo, delle prestazioni e dell’adattamento delle piante per contribuire alla creazione di una bioeconomia basata sulle piante. L’istituto si avvale anche di una raccolta di circa 151.000 diverse cultivar di oltre 2900 specie conservata nella Genebank, che è la più grande banca genetica dell’Europa occidentale.
(*) Schippers, Jozefus HM et al. (2019): HBI1 mediates the trade-off between growth and immunity through its impact on apoplastic ROS homeostasis, Cell Reports DOI 10.1016/j.celrep.2019.07.029
L’immagine è di VADIM L./UNSPLASH per l’Istituto Leibniz.