Poiché si prevede che il cambiamento climatico porterà a periodi di siccità più frequenti, i ricercatori stanno lavorando sempre più per fare scoperte che possano aiutare le piante ad adattarsi allo stress idrico prolungato.
I ricercatori del Boyce Thompson Institute e della Cornell University hanno completato il primo studio per fornire un quadro completo dei cambiamenti dell’espressione genetica in risposta allo stress idrico in un frutto, il pomodoro, Solanum lycopersicum, identificando i geni che potrebbero aiutare i coltivatori di piante a sviluppare frutti in grado di far fronte a condizioni di siccità.
Pubblicato nel numero di dicembre di Fisiologia vegetale, il lavoro è stato condotto dal gruppo di ricerca di Carmen Catalá, professoressa assistente presso BTI e ricercatrice associata senior presso la School of Integrative Plant Science (SIPS) della Cornell. I ricercatori che collaborano includono Jocelyn Rose, professoressa della SIPS, e i professori della BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei e Lukas Mueller, che sono anche professori a contratto della SIPS
"Abbiamo identificato una serie di geni coinvolti nella risposta allo stress idrico nel frutto del pomodoro", ha affermato Catalá. “Ora possiamo iniziare a selezionare i geni candidati che potrebbero aiutare i coltivatori a sviluppare frutti in grado di adattarsi alle condizioni di siccità, e non solo pomodori ma anche uva, mele e frutti carnosi in generale. Questa è una potenziale applicazione a lungo termine di questi dati”.
I ricercatori hanno esaminato l’espressione genetica nelle foglie di pomodoro e in sei organi fruttiferi (pericarpo, placenta, setto, columella, gelatina e semi) in due diversi momenti (frutto in crescita e maturo) e in quattro diverse condizioni di stress idrico (nessuno, lieve, intermedio e forte).
I ricercatori hanno scoperto che ciascuno dei tessuti degli organi del frutto è cambiato in modi unici nel corso del tempo.
"Meno dell'1% dei geni espressi colpiti dallo stress idrico erano condivisi tra tutti e sei i tessuti del frutto e più del 50% dei geni colpiti erano specifici di un singolo tessuto", ha affermato Catala.
In contrasto con gli effetti negativi della siccità, che provocano disturbi fisiologici e la perdita dei frutti, ci sono alcuni effetti positivi associati alla siccità, almeno con una siccità lieve.
Ad esempio, i ricercatori hanno scoperto che lo stress idrico aumenta la quantità di licopene nella frutta matura. Il licopene è un antiossidante che ha documentati benefici per la salute. I frutti stressati dall’acqua avevano anche livelli più elevati di biosintesi dell’amido, che potevano produrre pomodori più dolci.
I ricercatori hanno anche scoperto che potrebbero “addestrare” i pomodori affinché siano più resistenti alle future siccità idriche.
"Quando abbiamo seminato i semi di piante trattate, abbiamo scoperto che le piantine di pomodori stressati mostravano un migliore recupero dallo stress idrico rispetto alle piantine di pomodori di controllo", ha detto Philippe Nicolas, scienziato post-dottorato nel laboratorio di Catalá e primo autore dell'articolo.
Nicolas ha affermato di aver identificato diversi geni la cui espressione è indotta dallo stress idrico nei semi maturi, che potrebbero svolgere un ruolo importante nel conferire tolleranza allo stress idrico alla prossima generazione di piante.
Lo studio è stato impegnativo in alcuni sensi perché i ricercatori stavano esaminando la frutta. La maggior parte degli studi sulle risposte delle piante allo stress da siccità esaminano le radici e le foglie delle piantine perché sono relativamente facili da studiare.
"È relativamente facile stressare le piantine, ma se stressi troppo le piante, non fioriranno e non svilupperanno frutti", ha detto Catalá. "Inoltre, quando vuoi studiare la frutta, devi coltivare piante adulte, il che richiede più tempo, spazio e risorse complessive."