Gli scienziati dell’Università della California hanno scoperto dati genetici che aiuteranno le colture alimentari come pomodori e riso a sopravvivere a periodi di siccità più lunghi e intensi sul nostro pianeta in fase di riscaldamento.
Nel corso dell’ultimo decennio, il gruppo di ricerca ha cercato di creare un atlante molecolare delle radici delle colture, in cui le piante rilevano innanzitutto gli effetti della siccità e di altre minacce ambientali. Così facendo, hanno scoperto geni che gli scienziati possono utilizzare per proteggere le piante da questi stress. Il loro lavoro, pubblicato il 20 maggio sulla rivista Cella, ha raggiunto un alto livello di comprensione delle funzioni delle radici perché ha combinato dati genetici provenienti da diverse cellule di radici di pomodoro coltivate sia all'interno che all'esterno.
"Spesso i ricercatori eseguono esperimenti in laboratorio e in serra, ma gli agricoltori coltivano sul campo e questi dati esaminano anche campioni sul campo", ha affermato Neelima Sinha, professoressa di biologia vegetale alla UC Davis e coautrice dell'articolo. I dati hanno fornito informazioni sui geni che dicono alla pianta di produrre tre cose fondamentali.
Gli xilemi sono vasi cavi, simili a tubi, che trasportano acqua e sostanze nutritive dalle radici fino ai germogli. Senza trasporto nello xilema, la pianta non può creare il proprio cibo attraverso la fotosintesi. "Lo xilema è molto importante per proteggere le piante dalla siccità, dal sale e da altri stress", ha affermato l'autore principale dello studio Siobhan Brady, professore di biologia vegetale alla UC Davis.
A loro volta, senza il trasporto dei minerali vegetali nello xilema, gli esseri umani e gli altri animali avrebbero meno vitamine e nutrienti essenziali per la nostra sopravvivenza. Oltre ad alcuni tipici elementi necessari per formare lo xilema, sono stati trovati geni nuovi e sorprendenti.
Il secondo insieme di geni chiave sono quelli che dirigono uno strato esterno della radice a 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 i periodi di siccità. Colture come pomodori e riso contengono suberina nelle radici. I frutti della mela hanno suberina che circonda le loro cellule esterne. Ovunque si verifichi, 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 le codificano in questo strato molto specifico di cellule, questi composti possono essere migliorati", ha affermato la coautrice dello studio Julia Bailey-Serres, della UC. Professore di genetica di Riverside. “Sono entusiasta che abbiamo imparato così tanto sui geni che regolano questo strato di barriera contro l'umidità. È molto importante per poter migliorare la tolleranza alla siccità delle colture”, ha affermato.
I geni che codificano per il meristema della radice di una pianta si sono rivelati notevolmente simili anche tra pomodoro, riso e Arabidopsis, una pianta modello simile a un'erbaccia. Il meristema è la punta in crescita di ciascuna 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. “Detta le proprietà delle radici stesse, ad esempio quanto diventano grandi. Conoscerlo può aiutarci a sviluppare sistemi di radici migliori”.
Brady ha spiegato che quando gli agricoltori sono interessati a un particolare raccolto, selezionano piante che hanno caratteristiche visibili, come frutti più grandi e più attraenti. Molto più difficile è per gli allevatori selezionare piante con proprietà sotterranee che non possono vedere.
"La 'metà nascosta' di una pianta, sotto terra, è fondamentale da considerare per gli allevatori se vogliono coltivare una pianta con successo", ha detto Brady. "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 più di 125 milioni di anni di evoluzione, eppure vediamo ancora somiglianze tra i geni che controllano le caratteristiche chiave", ha affermato Bailey-Serres. "È probabile che queste somiglianze valgano anche per altre colture."