Sapere Scienza

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Perché i cereali hanno avuto un così grande successo in agricoltura?

6 Giugno 2018

I cereali sono alla base dell’alimentazione umana e le tracce del loro utilizzo si perdono nei lontani albori della nostra storia. Le Graminacee (in botanica si parla della famiglia delle Poaceae), costituiscono l’80% delle coltivazioni finalizzate alla produzione alimentare. Una parte del successo di questi vegetali è dovuto alla loro capacità di resistere alla mancanza d’acqua. Come fanno queste piante ad adattarsi velocemente alla modifica delle condizioni di umidità dell’ambiente in cui vivono? Scopriamolo insieme.

 

Gli stomi, la chiave della resistenza alla siccità

 

È necessario conoscere una parte dell’anatomia delle piante, in particolare delle foglie, per comprendere le strategie messe in atto dalle Graminacee per tollerare gli stress ambientali. Sulla loro superficie ci sono delle piccole aperture, essenziali per il processo di traspirazione: sono gli stomi, attraverso i quali la pianta assume anidride carbonica, per la fotosintesi, e perde acqua sotto forma di vapore acqueo. Gli stomi sono costituiti dalle cellule guardia che ne delimitano l'apertura (la rima stomatica) e, nel caso dei cereali e di altre famiglie, dalle cellule annesse. A regolare l’apertura e chiusura di queste “valvole” è l’aumento di turgore delle cellule guardia dovuto all’entrata di acqua per osmosi, a sua volta legata all’aumento di ioni potassio.

 

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La proteina SLAC1, il trasporto di ioni e la presenza di nitrati

 

Le piante, durante la loro evoluzione, hanno imparato ad aprire gli stomi in maniera strategica, in modo da prevenire una eccessiva perdita di acqua in periodi di siccità. Le proteine della membrana delle cellule guardia, in particolare la SLAC1, giocano un ruolo importante nella regolazione della traspirazione, fungendo da canali che guidano gli ioni in uscita e in entrata nelle cellule. I ricercatori dalla Julius-Maximilians-Universität di Würzburg - a cui si deve questo studio - hanno anche dimostrato che le cellule annesse assorbono dalle cellule guardia e conservano gli ioni potassio e cloruro quando i pori sono chiusi. Nel momento in cui devono nuovamente aprirsi, li ripassano alle cellule guardia. Le cellule annesse sono, quindi, delle riserve per gli ioni attivi nei processi di osmosi e rendono così la regolazione degli stomi molto più efficiente e veloce.

 

Stomi Cereali

 

Quando uno stoma si apre o chiude, gli ioni vengono trasportati Avanti o indietro tra le cellule guardia e quelle annesse. Credits: Dietmar Geiger

 

Quando le risorse idriche sono scarse le piante producono un ormone dello stress, l’acido abscissico: nelle cellule guardia queste molecole attivano i canali ionici della famiglia SLAC1, i quali iniziano a far chiudere gli stomi evitando che il vegetale appassisca nel giro di pochi minuti. Secondo la ricerca, pubblicata su Current Biology, anche il contenuto di nitrati influenzerebbe questo fenomeno nelle Graminacee, in particolare nell’orzo per la birrificazione e in alcuni altri cereali. L’orzo avrebbe a disposizione due sistemi di controllo e regolazione: l’acido abscissico per registrare la disponibilità di acqua e i nitrati per valutare le performance fotosintetiche. In pratica un modo per trovare un equilibrio tra l’approvvigionamento di cibo e acqua in condizioni difficili.

 

Una nuova generazione di ortaggi

 

Quale meccanismo è responsabile per la differenza nella regolazione degli stomi a livello molecolare? Per comprenderlo gli studiosi hanno analizzato i canali SLAC1 di differenti piante, confrontandoli con quelli dei cereali. Ciò ha permesso di identificare il “sensore dei nitrati”, il motivo per cui le cellule guardia presentano le proprietà uniche che abbiamo descritto. Il prossimo passo sarà stabilire se anche le colture agricole erbacee possano giovare della presenza di questi sensori. Per farlo, gli scienziati vogliono fornire a piante di Arabidopsis i canali SLAC1 dell’orzo: se la loro tolleranza agli stress migliorerà, si potrà pensare di produrre colture di patate, pomodori e di colza ottimizzate. Sarà un passo in più nella pianificazione di una gestione agricola che tenga conto dei cambiamenti climatici in atto.

 

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copertina   luglio-agosto 2018

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