Scienziati delle piante dell'Università di Liverpool hanno rivelato nuove intuizioni sui meccanismi che consentono a determinate piante di conservare l'acqua e tollerare la siccità.

La ricerca, che è pubblicato in La cellula vegetale , potrebbe essere utilizzato per aiutare a produrre nuove colture che possono prosperare in luoghi precedentemente inospitali, regioni calde e secche del mondo.

piante resistenti alla siccità, come i cactus, agavi e piante grasse, fare uso di una forma potenziata di fotosintesi nota come metabolismo dell'acido crassulaceo, o CAM, per ridurre al minimo la perdita d'acqua.

La fotosintesi comporta l'assunzione di anidride carbonica dall'atmosfera per convertirla in zuccheri utilizzando la luce solare. A differenza di altre piante, Gli impianti CAM sono in grado di assorbire CO2 durante la notte più fresca, che riduce la perdita d'acqua, e immagazzinare la CO2 catturata come acido malico all'interno della cellula, permettendone l'uso per la fotosintesi senza perdita d'acqua durante il giorno successivo.

La fotosintesi CAM è regolata dall'orologio circadiano interno della pianta, che consente alle piante di differenziarsi e anticipare giorno e notte e regolare di conseguenza il proprio metabolismo. Però, relativamente poco si sa sugli esatti processi molecolari che sono alla base della tempistica ottimale della conservazione e del rilascio della CO2 in questo modo unico.

Un team di ricercatori dell'Istituto di biologia integrativa dell'Università ha esaminato un enzima di interesse chiamato PPCK che è coinvolto nel controllo della conversione della CO2 nella sua forma immagazzinata durante la notte (acido malico, l'acido della frutta che rende le mele gustose) e viceversa. Volevano sapere se PPCK è un componente necessario per l'ingegneria della fotosintesi CAM e l'hanno testato disattivando il gene PPCK nella succulenta pianta CAM Kalanchoë fedtschenkoi.

Hanno scoperto che, affinché la CAM funzioni correttamente, le cellule devono attivare PPCK ogni notte guidate dal loro orologio circadiano interno. Quando hanno impedito a Kalanchoë di fare PPCK di notte, le piante potrebbero catturare solo un terzo della CO2 catturata dalle normali piante.

Inoltre, hanno scoperto che le piante che non erano in grado di produrre PPCK ogni notte avevano alterazioni nel loro orologio circadiano, una scoperta sorprendente che suggerisce che i metaboliti associati al CAM comunichino le informazioni sull'ora del giorno al cronometrista centrale della pianta.

Il dottor James Hartwell ha commentato:"La siccità è una delle cause principali delle perdite globali dei raccolti, quindi comprendere i meccanismi che alcune piante adattate al deserto si sono evolute per sopravvivere allo stress idrico è fondamentale per progettare una migliore tolleranza alla siccità nelle specie coltivate.

"Il nostro lavoro dimostra che gli sforzi in corso per ingegnerizzare la fotosintesi CAM in altre piante dovranno includere PPCK. L'inaspettata complessità che abbiamo rivelato nella relazione tra PPCK, La CAM e l'orologio circadiano evidenziano anche la necessità di una continua ricerca sui processi CAM prima di poter comprendere e sfruttare appieno i loro modi".