Gli scienziati della Wageningen University &Research hanno scoperto una variazione genetica naturale per la fotosintesi nelle piante e la stanno svelando a livello del DNA. Di conseguenza, in futuro dovrebbe essere possibile allevare colture che utilizzino la fotosintesi in modo più efficace, aumentando la loro resa e consentendo loro di catturare più CO2 dall'aria nel suolo. Questo rappresenta un passo importante sulla lunga strada per risolvere le sfide alimentari globali e realizzare l'accordo di Parigi sul clima.

Guidati da Mark Aarts e Jeremy Harbinson, un team di scienziati ha dimostrato che il crescione (una pianta modello comune) ha vari geni coinvolti nell'adattamento ai cambiamenti nella quantità di luce a cui le piante sono esposte. Il loro studio è pubblicato in un articolo in Comunicazioni sulla natura .

Un gene è già stato studiato in dettaglio. Conosciuto come il gene Yellow Seedling 1, è coinvolto nell'adattamento dei cloroplasti ai cambiamenti di luce. A causa di una variazione in questo gene, alcune piante di crescione possono sopportare un aumento di luce (la differenza tra una giornata nuvolosa e una soleggiata, per esempio) meglio di altri. È la prima volta che questa variazione è stata trovata nel crescione, ma poiché i geni per la fotosintesi sono presenti in quasi tutte le specie vegetali, gli scienziati si aspettano che una variazione simile si possa trovare anche in molte altre colture.

La scoperta mostra che è possibile migliorare la fotosintesi in base alla variazione genetica naturale, qualcosa che è stato dubitato fino ad ora. A lungo termine, l'allevamento con una fotosintesi migliorata potrebbe far sì che le colture producano più raccolti con la stessa quantità di terreno, acqua e sostanze nutritive. Questo porta il concetto di "più" (resa) "con meno" (suolo, acqua e sostanze nutritive) un passo più vicino.

Alcune piante adattano il loro sistema di fotosintesi

Le piante hanno bisogno di luce per convertire CO2 e acqua in zuccheri e ossigeno. Gli zuccheri costituiscono la base e la fonte di energia per tutte le sostanze che una pianta produce per crescere. Sappiamo da tempo che le piante possono rispondere in modo diverso alla luce, come si vede dall'efficienza della loro fotosintesi. Gli antenati delle colture che mangiamo quotidianamente avevano bisogno di questa variazione per sfruttare al meglio i luoghi in cui crescevano. Ha permesso loro di svilupparsi sia in pieno sole che all'ombra di altre piante.

Mentre la fotosintesi è un processo essenziale per le piante, è a rischio e richiede un alto livello di controllo per gestire i flussi di energia. Se una pianta viene improvvisamente esposta a troppa luce, deve adattarsi alla nuova situazione. Le piante generalmente si proteggono dall'eccessiva fotosintesi mantenendo diversi margini di sicurezza, il che significa che l'adattamento richiede diversi giorni. Lo studio degli scienziati di Wageningen mostra ora che alcune piante possono adattarsi più rapidamente di altre, e sono quindi in grado di adattare prima il loro sistema di fotosintesi al loro ambiente.

Selezione sulla fotosintesi in allevamento

Oggi, alleviamo colture in un ambiente molto più facile da controllare rispetto alle condizioni naturali originarie. Per esempio, le piante ora ricevono nutrienti e acqua sufficienti, allineato alla massima crescita. A causa dei rapidi sviluppi dell'agricoltura nel secolo scorso, le piante non sono ancora state in grado di adattarsi a queste nuove condizioni. Si potrebbe dire che sono ancora cauti e rispondono relativamente lentamente a cambiamenti improvvisi come una luce eccessiva. Le piante che possono adattarsi più rapidamente alle mutevoli condizioni di luce saranno in grado di utilizzare l'acqua e i nutrienti disponibili in modo più efficiente, alla fine producendo una resa maggiore.

Allora come mai c'è così poca selezione sulla fotosintesi più efficiente nell'allevamento? Si è pensato a lungo che la fotosintesi fosse naturalmente ottimizzata e che si potesse guadagnare poco nell'allevamento. Inoltre, è molto difficile misurare il contributo genetico alla variazione della fotosintesi delle piante in campo, rendendo difficile la selezione sulla fotosintesi senza una conoscenza preliminare. Poiché la fotosintesi è così sensibile alle condizioni meteorologiche, le variazioni in campo, anche tra piante geneticamente identiche, sono spesso sostanziali.

"Abbiamo condotto i nostri esperimenti in condizioni strettamente controllate, permettendoci di ridurre al minimo la variazione dei fattori ambientali, " dice Aarts. "Abbiamo quindi misurato la fotosintesi di tutte le piante nell'esperimento in vari momenti della giornata e con un metodo identico, e ha applicato un solo fattore di stress:un aumento una tantum della quantità di luce. Questo ci ha permesso di determinare con precisione il contributo genetico al modo in cui le piante si sono adattate alla nuova situazione di stress. Abbiamo usato uno dei geni che abbiamo trovato per studiare in dettaglio la variazione nella sequenza del DNA tra le varie piante".

Nuove varietà di colture

I risultati offrono alle aziende di allevamento nuove opportunità. Ora sappiamo che le piante rispondono alla variazione della luce a modo loro, e che questo è determinato nel loro DNA. Non sappiamo ancora come funzionano questi adattamenti nella pianta, però, e sono necessarie ulteriori ricerche per scoprire come una migliore fotosintesi influisce sulla crescita della pianta prima di potersi concentrare sulla selezione per questa proprietà.