Gli stomi sono piccolo pori presenti sulle foglie delle piante e, nonostante le loro dimensioni, esercitano una grande influenza sulla salute del nostro pianeta. Attraverso queste “finestre” le piante assorbono anidride carbonica, che viene in seguito incorporata nei carboidrati, gli zuccheri di cui si nutrono, e rilasciano ossigeno. Ma, attraverso queste aperture, avviene anche la perdita di acqua, che può minacciare il mondo vegetale in climi aridi. Le piante hanno quindi sviluppato reti di segnali in grado di ottimizzare l’ampiezza dell’apertura degli stomi in corrispondenza delle condizioni ambientali: i pori possono aprirsi o chiudersi a seconda della disponibilità di luce, CO2 e acqua. Ma come si sono evoluti i segnali per questa tipologia di regolazione? È ciò che hanno studiato i ricercatori della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), in Baviera (Germania).
Gli stomi sono piccolo pori presenti sulle foglie delle piante e, nonostante le loro dimensioni, esercitano una grande influenza sulla salute del nostro pianeta. Attraverso queste “finestre” le piante assorbono anidride carbonica, che viene in seguito incorporata nei carboidrati, gli zuccheri di cui si nutrono, e rilasciano ossigeno. Ma, attraverso queste aperture, avviene anche la perdita di acqua, che può minacciare il mondo vegetale in climi aridi. Le piante hanno quindi sviluppato reti di segnali in grado di ottimizzare l’ampiezza dell’apertura degli stomi in corrispondenza delle condizioni ambientali: i pori possono aprirsi o chiudersi a seconda della disponibilità di luce, CO2 e acqua. Ma come si sono evoluti i segnali per questa tipologia di regolazione? È ciò che hanno studiato i ricercatori della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), in Baviera (Germania).
L’evoluzione degli stomi
Ricerche recenti hanno rivelato che gli stomi funzionano in maniera diversa nei muschi e nei ceratofilli (piante acquatiche della famiglia Ceratophyllaceae) in confronto alle piante vascolari: le briofite (i muschi) hanno stomi che favoriscono – invece che evitare – la perdita di acqua. Nelle angiosperme (piante con fiori) sono stati ritrovati importanti geni legati alla rete di segnali che controlla l’apertura e la chiusura degli stomi in risposta alle modificazioni ambientali. Come si sono evolute queste reti di segnali? Sono presenti o no anche nelle briofite? Nello studio condotto dal gruppo di ricerca del botanico Rainer Hedrich sono stati analizzati i dati disponibili riguardanti la genomica delle piante per dare una risposta a questi quesiti. Un lavoro complesso i cui risultati potrebbero essere rilevanti nell’ambito agricolo. Il professor Hedrich ha, infatti, commentato: “La conoscenza dell’evoluzione delle reti di segnalazione potrebbe alimentare gli sforzi riproduttivi per sviluppare coltivazioni che possano crescere con meno acqua. La maggior parte dell’acqua fornita attraverso i sistemi di irrigazione viene persa proprio attraverso gli stomi e, in vista dei cambiamenti climatici in atto, si è alla ricerca di varietà di piante che possano fare fronte alla siccità”.
Lo studio
Nell’articolo pubblicato sulla rivista Trends in Plant Science, gli scienziati hanno riassunto l’attuale conoscenza di come funzionano questi segnali che le piante adoperano per regolare il proprio equilibrio idrico. Il team di Würzburg ha ricostruito la storia evolutiva di importanti geni che controllano il movimento dei pori delle foglie nelle piante da fiore. Si è scoperto che la maggior parte di questi geni appartiene a un’antica famiglia che si trova in tutti i gruppi di piante, incluse le alghe verdi. Queste famiglie di geni si sono probabilmente sviluppate prima che le prima piante colonizzassero la terraferma. I ricercatori hanno anche trovato che alcuni geni specifici, che controllano l’apertura e la chiusura degli stomi in risposta a luce e anidride carbonica, probabilmente si sono sviluppati solo in piante con seme o in quelle con fiore dopo la separazione, avvenuta durante l’evoluzione, da un antenato che hanno in comune con le felci.
L’importanza delle cellule guardia
Nel lavoro pubblicato, gli studiosi hanno osservato da vicino le cellule guardia, che delimitano l’apertura degli stomi (la rima stomatica): quando la pressione idraulica cresce le cellule guardia aprono il poro, al contrario, quando tale pressione diminuisce, avviene la chiusura. Nelle cellule guardia di alcune angiosperme, i prodotti di alcuni geni chiave di segnalazione hanno proprietà uniche o sono in maggiore concentrazione che nelle cellule della foglia circostanti. I ricercatori hanno esaminato anche i geni collegati, impiegando i dati disponibili per il muschio Physcomitrella patens. Frances Sussmilch, una delle autrici, ha spiegato: “Abbiamo trovato che nessuno dei geni di interesse del muschio era specifico del tessuto che supporta gli stomi ma, invece, tutti questi geni erano espressi anche in tessuti senza pori”. Rob Roelfsema e Jörg Schultz, gli altri due autori, hanno aggiunto: “I geni di segnalazione con ruoli specifici nelle cellule guardia sono nati probabilmente tardi all’interno dell’evoluzione delle piante, dopo la divergenza dai muschi a partire da un comune antenato che condividono con le piante da fiore”.
Le piante sanno essere anche ottimi indicatori della salute dell’ambiente. Ci spiegano come Franca Tommasi e Nunzio Dipierro nell’articolo “Il biomonitoraggio: come le piante ‘leggono’ l’ambiente”, pubblicato nel numero di aprile 2018 di Sapere.
