Rafforzare le difese immunitarie delle piante, intervenendo sui geni sensibili alle alte temperature, potrebbe proteggere le colture dagli effetti del cambiamento climatico
Casey Crownhart
Alcune delle regioni agricole più produttive del mondo, dall’India al Midwest degli Stati Uniti, hanno già battuto i record di temperatura quest’anno, con implicazioni potenzialmente preoccupanti per l’approvvigionamento alimentare. Il caldo può peggiorare le condizioni di siccità e danneggiare i raccolti anche in altri modi. In condizioni estreme, gli equilibri molecolari all’interno delle piante possono entrare in crisi, causando la perdita del raccolto. Questa minaccia si fa ancora più seria con il cambiamento climatico.
Alcune piante, comprese le colture principali come mais e grano, hanno di fronte sfide decisive, perché il calore anomalo compromette uno strumento importante che usano per difendersi dalle infezioni e le espongono ai parassiti. I biologi hanno iniziato a capire come ciò avvenga e una nuova ricerca rivela percorsi per rinforzare le difese delle piante senza rallentare la crescita. Solo, però, se si riuscirà ad agire su larga scala, si potrà garantire che l’approvvigionamento alimentare tenga il passo con la crescita della popolazione in un mondo in fase di riscaldamento.
Il sistema immunitario vegetale non è complicato come quello umano, ma produce comunque sostanze chimiche in risposta a infezioni batteriche o fungine o attacchi di insetti. Per molte piante, un’importante via immunitaria coinvolge l’acido salicilico. La sostanza chimica ha proprietà antibatteriche e funge anche da segnale per attivare altre vie immunitarie.
Il problema è che in condizioni insolitamente calde, questo percorso di fatto si interrompe. Per le colture che crescono in luoghi normalmente più freschi come l’Europa centrale, per esempio, alcuni giorni al di sopra dei 28 °C possono essere sufficienti per mettere in crisi le difese di una pianta. I ricercatori sono a conoscenza di questo problema da decenni, ma solo di recente hanno iniziato a capire esattamente cosa non funziona e come potrebbero intervenire per aiutare.
In un nuovo articolo, i ricercatori hanno identificato un gene sensibile alla temperatura che potrebbe spiegare questa situazione e hanno trovato un modo per rendere più forte il sistema immunitario delle piante a temperature più elevate. Il team di Sheng Yang He, fitopatologo della Duke University e l’Howard Hughes Medical Institute hanno identificato un gene chiamato CBP60g che codifica una proteina che controlla il modo in cui vengono espressi altri geni coinvolti nella via dell’acido salicilico.
I ricercatori sono stati in grado di modificare il genoma delle piante in modo che aumentasse continuamente la produzione di acido salicilico, anche a temperature elevate. Alla fine, hanno dato vita a piante che hanno prodotto le sostanze chimiche di difesa solo quando hanno rilevato un agente patogeno, risparmiando energia per non rallentare la loro crescita.
Questa ricerca, come molti studi fondamentali sulle piante, ha coinvolto una pianta chiamata Arabidopsis , il topo da laboratorio della biologia vegetale. Trasferire il lavoro su altre piante potrebbe essere una sfida, afferma Cesar Cuevas Velazquez, biologo della National Autonomous University of Mexico e uno degli autori dello studio.
Tuttavia, molte specie di colture rilevanti sono strettamente correlate all’Arabidopsis, inclusi broccoli e cavolini di Bruxelles. E poiché il percorso dell’acido salicilico è presente in molti diversi tipi di piante, comprese le principali colture come grano, mais e patate, è possibile che il lavoro possa avere un impatto ben oltre il laboratorio. In alcuni esperimenti di follow-up, il gruppo Duke ha lavorato per replicare i risultati nelle piante di colza, una varietà delle quali viene utilizzata per produrre olio di canola.
I risultati sono stati promettenti, anche se il lavoro deve ancora essere testato in prove sul campo. Un ostacolo nel portare le colture geneticamente modificate all’aperto potrebbe essere che i ricercatori hanno usato batteri per fornire nuovo DNA nella pianta, il che significa che sarebbero considerati OGM (organismi geneticamente modificati). Ma la ricerca futura potrebbe utilizzare strumenti di modifica genetica come CRISPR invece di introdurre il DNA di un altro organismo, evitando potenzialmente alcune delle sfide normative e dei consumatori associate agli alimenti OGM.
Altri esperti evidenziano che al di là dei possibili sviluppi, in realtà gli scienziati non hanno ancora completamente capito il funzionamento delle piante. “Ci sono molte altre domande a cui non si è dato risposta”, afferma Jian Hua, fitopatologa della Cornell University. Per esempio, dice, non è chiaro il motivo per cui questo percorso immunitario si interrompe di fronte ad alte temperature.
Questi rallentamenti immunitari con il caldo anomalo potrebbero essere una stranezza evolutiva, ma è anche possibile che ci sia qualche vantaggio nel disattivare alcune difese quando le temperature cambiano, sottolinea Hua. Alcune piante hanno altre risposte immunitarie che migliorano con il crescere delle temperature e non è chiaro quale possa essere l’importanza relativa di questi diversi percorsi o come potrebbero interagire.
L’aumento delle temperature causato dai cambiamenti climatici influenzerà le piante in molti modi al di là dell’immunità, ma se i ricercatori riuscissero a trovare nuove strade per sostenere le difese immunitarie delle piante, ci sarebbe un minore uso di pesticidi e una maggiore capacità di approvvigionamento alimentare globale.
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(rp)
