Le foglie delle piante possono far fronte a concentrazioni di sale molto più elevate rispetto alle radici. Il meccanismo sottostante può aiutare a sviluppare colture più tolleranti al sale.

In caso di mancanza di acqua, calore o irrigazione intensiva, il livello di sale comune (cloruro di sodio) nel terreno aumenta. Tuttavia, la maggior parte delle colture è sensibile al sale. Reagiscono all'aumento della salinità del suolo riducendo notevolmente la loro crescita. Questo porta ad una riduzione del raccolto.

Una volta assorbito dal terreno dalle radici e trasportato con il flusso d'acqua ai germogli e alle foglie, il sale può esercitare il suo effetto tossico sul metabolismo della pianta. Come la pianta possa sfuggire a questo dilemma è stato mostrato dai ricercatori vegetali della Julius-Maximilians-University (JMU) di Würzburg in Baviera, in Germania, nella loro ultima pubblicazione sulla rivista New Phytologist .

Il biofisico professor Rainer Hedrich e il suo team hanno sviluppato una metodologia che può essere utilizzata per registrare facilmente e rapidamente come le piante disintossicano l'apporto di sale nelle loro foglie.

Il movimento delle foglie come indicatore del trasporto di sale

Per studiare i meccanismi per la disintossicazione del sale nelle foglie, la dott.ssa Dorothea Graus come prima autrice della pubblicazione, la professoressa Irene Marten e la dott.ssa Kai Konrad hanno utilizzato le piante di tabacco come sistema modello. Gli spazi intercellulari delle foglie di tabacco possono essere facilmente e rapidamente caricati con soluzioni di prova utilizzando una siringa.

Per registrare l'affrontare lo stress salino acuto, l'interno delle foglie di tabacco è stato inondato con una soluzione di sale marino al 30 percento e la reazione è stata registrata con una videocamera. Questo stress salino ha innescato un abbassamento della pressione nelle cellule fogliari, che è diventato evidente man mano che la foglia affondava progressivamente.

"Eravamo preparati per questo", afferma Rainer Hedrich. "Ma il fatto che la foglia si sia completamente ripresa dall'inondazione di sale e sia tornata alla sua posizione originale della foglia dopo soli 30-40 minuti è stato più che sorprendente". La dose di sale iniettata è rimasta nella foglia, ma non negli spazi intercellulari. Invece, è stato assorbito nel plasma cellulare.

Il sale, che riduceva la pressione nella foglia, veniva così importato nella cellula e quindi convogliato nel compartimento cellulare più grande, il vacuolo. Attraverso questo passaggio, l'acqua inizialmente persa per osmosi rientra nella cellula, dopodiché la pressione cellulare si accumula nuovamente e la foglia si allunga.

Come entra il sale nella cellula e come finisce nel vacuolo?

Kai Konrad e Irene Marten spiegano che "gli ioni di sodio entrano nella cellula attraverso i canali ionici e sono guidati dal potenziale negativo della membrana cellulare. Gli ioni cloruro sono assorbiti dai cotrasportatori cloruro-protone, che sono alimentati dalla forza motrice del protone.

Come risultato dell'assorbimento del sale di cloruro di sodio nel plasma cellulare, il potenziale di membrana diminuisce temporaneamente mentre la concentrazione netta di protoni diminuisce. Questi segnali, insieme ai sensori di ioni di sodio, avviano il trasporto del sale dal citoplasma al vacuolo. Le indagini hanno dimostrato che il trasporto alla membrana del vacuolo co-determina fortemente ciò che accade nel citoplasma e alla membrana cellulare.

Kai Konrad aggiunge:"Utilizzando il rilevamento basato sulla fluorescenza della concentrazione di protoni, siamo stati in grado di dimostrare che l'assorbimento di ioni sodio nel vacuolo è accompagnato da un cambiamento nella concentrazione di protoni nel citosol e nel vacuolo". Questa era un'indicazione del coinvolgimento del trasportatore NHX1 localizzato nella membrana del vacuolo, che scambia gli ioni di sodio con i protoni dal vacuolo durante lo stress salino. "Siamo stati in grado di confermare questa ipotesi con linee vegetali i cui vacuoli hanno mostrato una maggiore attività dell'antiportatore ione-protone sodio NHX1", spiega ulteriormente Kai Konrad.

Eccezione rivoluzionaria al dogma del calcio della tolleranza al sale

Nelle radici, un aumento degli ioni calcio nel citoplasma innesca forze di repulsione degli ioni sodio che respingono i sali invasori nel terreno. Questo meccanismo di protezione del sale, noto anche come via SOS, è attivo anche nella radice del tabacco. Tuttavia, il team di ricerca di Würzburg è stato sorpreso di scoprire che le foglie erano in grado di disintossicare il carico di sale somministrato senza alcun segnale di calcio.

Ciò significa che il dogma SOS basato sugli ioni calcio non è più valido per quanto riguarda la gestione dello stress salino nelle foglie.

"Le radici della maggior parte delle piante soffrono già quando affrontano un quarto della dose di sale che abbiamo imposto alla foglia di tabacco", spiega Kai Konrad. Le foglie quindi apparentemente hanno una migliore gestione dello stress salino e quindi una tolleranza al sale rispetto alle radici. In caso di salinizzazione persistente del terreno, invece, il serbatoio del sale nel vacuolo delle piante coltivate si riempie e quindi porta al limite anche la tolleranza al sale nella foglia.

Comprendere meglio i meccanismi di tossicità del sale nelle foglie potrebbe aiutare a sviluppare nuove strategie per la produzione di colture tolleranti al sale. A tal fine, il gruppo di ricerca di Würzburg mira a utilizzare proteine ​​di trasporto ionico controllate dalla luce, i cosiddetti strumenti optogenetici, per alterare in modo specifico i rapporti ionici di sodio, cloruro, protoni e calcio nella cellula e quindi decifrare ulteriormente i meccanismi di trasporto del sale e vie di segnalazione coinvolte. + Esplora ulteriormente

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