La pianta della quinoa potrebbe servire da modello per rendere tolleranti al sale altre colture. Cresce bene su terreni salini perché il sale in eccesso viene semplicemente scaricato in speciali vesciche sulle sue foglie.

L'erosione del suolo è considerata un problema che mette a rischio la nutrizione della popolazione umana. Uno dei suoi aspetti è la salinizzazione del suolo, che colpisce in particolare le regioni aride della terra, dove gli agricoltori sono costretti ad irrigare pesantemente i loro campi. Grandi quantità di sali disciolti nell'acqua, come sodio e cloruro, si diffondono nel terreno e vi rimangono dopo che l'acqua è evaporata. Il sale ostacola le colture e può anche rendere i terreni sterili a lungo termine.

"Tutti gli approcci finora per allevare piante tolleranti al sale devono essere considerati più o meno come fallimenti", dice il professor Rainer Hedrich, scienziato delle piante presso la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Baviera, Germania. Tutti miravano a far crescere le piante coltivate su terreni salini e a identificare linee di razza tolleranti al sale nel processo. Ma questo approccio non può funzionare.

E questo per una ragione:"Le nostre piante coltivate sono il risultato di molti anni di allevamento. Durante quel periodo, l'uomo li ha protetti da quasi tutte le influenze ambientali negative, in modo che abbiano perso molto della loro naturale resilienza", spiega Hedrich. "Non appena queste linee d'élite entrano in contatto con troppo sale, di solito muoiono".

Le piante tolleranti al sale fungono da modello

Così Rainer Hedrich, insieme al Professor Sergey Shabala (Università della Tasmania), deciso di sviluppare una nuova strategia. I due scienziati hanno scommesso su piante che sono naturalmente tolleranti al sale.

Una di queste piante è la quinoa ( Chenopodio quinoa ). Viene dalle Ande, dove è stato usato come cibo per 7, 000 anni. Intanto i semi di questo pseudo-cereale sudamericano, privi di glutine e ricchi di vitamine, hanno trovato la loro strada negli scaffali dei supermercati europei.

La pianta assorbe il sale dal terreno e lo immagazzina in cellule a forma di vescica sulla superficie delle sue foglie. Questo protegge i processi metabolici sensibili al sale, e la pianta può crescere bene anche su terreni salini.

Senza cellule della vescica la quinoa soffre di stress salino

I ricercatori hanno trovato un modo semplice per dimostrare che sono davvero le cellule della vescica a garantire la tolleranza al sale della pianta. "Basta una leggera pennellata su una foglia di quinoa per far cadere le cellule della vescica", dice il professor Shabala. spogliati delle loro vesciche di sale, queste piante crescono su terreni non salini così come gli esemplari non spazzolati. Ma un'esposizione al sale comune ostacola significativamente la loro crescita.

Le cellule della vescica rotonde o ovali della quinoa hanno un diametro di quasi mezzo millimetro. Sono dei veri giganti nel regno delle piante, e di solito può essere visto anche ad occhio nudo. La loro capacità di immagazzinamento è fino a 1000 volte superiore a quella di qualsiasi normale cellula della superficie fogliare.

Il prezzo dello smaltimento del sale è lo zucchero

Per avere un'idea del "sistema operativo" della quinoa e delle sue cellule della vescica, il gruppo di lavoro del professor Jian-Kang Zhu (Università di Shanghai) ha decodificato il DNA del cereale andino. Il team del professor Hedrich ha poi confrontato i geni attivi delle foglie e delle cellule della vescica. Le necessarie analisi bioinformatiche sono state eseguite da esperti dell'Università di Shanghai e dal team di Georg Haberer dell'Helmholtz Center di Monaco.

Il risultato:anche senza trattamento al sale, ci sono geni che lavorano nelle cellule della vescica che in altre specie sono attivi solo quando la pianta è sotto stress. Includono trasportatori che trasportano ioni sodio e cloruro nella cellula vescicale. Una stimolazione con sale innesca l'attivazione di ulteriori geni necessari per mantenere il percorso del segnale per l'ormone dello stress ABA.

Conservare il sale consuma energia. Questa energia è generata dalle cellule della vescica da molecole di zucchero che importano appositamente dalla foglia a tale scopo. Le cellule della vescica ricevono l'energia necessaria dalla foglia e si ricambiano assorbendo il sale tossico", spiega Hedrich.

Incrociare la tolleranza al sale nelle piante coltivate

Le nuove scoperte sono state pubblicate nel Rapporti di cella rivista. Devono essere utilizzati a lungo termine per l'allevamento di piante tolleranti al sale. "Il primo passo è fatto", dice il professor Hedrich. "Ora useremo una combinazione di genetica dello sviluppo e analisi funzionale delle proteine ​​di trasporto del sale per comprendere i meccanismi molecolari che producono e mantengono la tolleranza al sale nella quinoa".

Il team di ricerca JMU vuole imparare dalle linee di quinoa dotate di un numero molto grande o molto basso di vesciche di sale. Possiede una grande vasca a cui attingere:finora si conoscono circa 2000 varietà selvatiche e coltivate della pianta delle Ande. Il risultato finale del loro lavoro potrebbe essere non solo l'allevamento di varietà di quinoa con una tolleranza al sale ancora più elevata, ma anche l'incrocio di geni di tolleranza al sale in piante coltivate correlate come barbabietole da zucchero o spinaci.