Le piante si allungano e si piegano per garantire l'accesso alla luce solare. Nonostante osservino questo fenomeno da secoli, gli scienziati non lo comprendono appieno. Ora, gli scienziati di Salk hanno scoperto che due fattori vegetali, la proteina PIF7 e l'ormone della crescita auxina, sono i fattori scatenanti che accelerano la crescita quando le piante sono ombreggiate dalla chioma ed esposte allo stesso tempo a temperature calde.

I risultati, pubblicati su Nature Communications il 29 agosto 2022, aiuterà gli scienziati a prevedere come le piante risponderanno ai cambiamenti climatici e ad aumentare la produttività delle colture nonostante l'aumento della temperatura globale dannoso per la resa.

"In questo momento, coltiviamo colture a determinate densità, ma i nostri risultati indicano che dovremo abbassare queste densità per ottimizzare la crescita mentre il nostro clima cambia", afferma l'autrice senior, la professoressa Joanne Chory, direttrice del laboratorio di biologia cellulare e molecolare di Salk e Howard Ricercatore dell'Istituto medico Hughes. "Capire le basi molecolari di come le piante rispondono alla luce e alla temperatura ci consentirà di mettere a punto la densità delle colture in un modo specifico che porta ai migliori raccolti".

Durante la germinazione, le piantine allungano rapidamente i loro steli per sfondare il terreno di copertura per catturare la luce solare il più velocemente possibile. Normalmente, lo stelo rallenta la sua crescita dopo l'esposizione alla luce solare. Ma lo stelo può allungarsi di nuovo rapidamente se la pianta è in competizione con le piante circostanti per la luce solare, o in risposta a temperature calde per aumentare la distanza tra il terreno caldo e le foglie della pianta. Sebbene entrambe le condizioni ambientali, l'ombra del baldacchino e le temperature calde, inducano la crescita dello stelo, riducono anche la resa.

In questo studio, gli scienziati hanno confrontato le piante che crescono all'ombra della chioma e contemporaneamente a temperature calde, una condizione che imita l'elevata densità delle colture e il cambiamento climatico. Gli scienziati hanno utilizzato la pianta modello Arabidopsis thaliana, così come il pomodoro e un parente stretto del tabacco, perché erano interessati a vedere se tutte e tre le specie vegetali fossero colpite in modo simile da questa condizione ambientale.

In tutte e tre le specie, il team ha scoperto che le piante crescevano estremamente alte quando cercavano contemporaneamente di evitare l'ombra creata dalle piante vicine e di essere esposte a temperature più calde. A livello molecolare, i ricercatori hanno scoperto che il fattore di trascrizione PIF7, una proteina che aiuta ad attivare e disattivare i geni, era l'attore dominante che guidava l'aumento della rapida crescita. Hanno anche scoperto che l'ormone della crescita auxina aumentava quando le colture rilevavano le piante vicine, il che favoriva la crescita in risposta a temperature simultanee più calde. Questo percorso sinergico PIF7-auxina ha permesso alle piante di rispondere ai loro ambienti e adattarsi per cercare le migliori condizioni di crescita.

Un fattore di trascrizione correlato, PIF4, ha anche stimolato l'allungamento dello stelo durante le temperature calde. Tuttavia, quando si combinavano ombra e aumento delle temperature, questo fattore non giocava più un ruolo importante.

"Siamo rimasti sorpresi di scoprire che PIF4 non ha svolto un ruolo importante perché studi precedenti hanno dimostrato l'importanza di questo fattore in situazioni di crescita correlate", afferma il primo autore Yogev Burko, ricercatore del personale Salk e assistente professore presso l'Organizzazione per la ricerca agricola presso il Istituto Vulcani in Israele. "Il fatto che PIF7 sia la forza trainante dominante dietro questa crescita delle piante è stata una vera sorpresa. Con questa nuova conoscenza, speriamo di mettere a punto questa risposta di crescita in diverse piante coltivate per aiutarle ad adattarsi ai cambiamenti climatici."

I ricercatori ritengono che ci sia un altro giocatore, ancora da scoprire, che sta potenziando l'effetto di PIF7 e dell'auxina. Sperano di esplorare questo fattore sconosciuto in studi futuri. Il laboratorio di Burko studierà anche come ottimizzare questo percorso nelle piante coltivate.

"Le temperature globali stanno aumentando, quindi abbiamo bisogno di colture alimentari che possano prosperare in queste nuove condizioni", afferma Chory, che co-dirige la Salk's Harnessing Plants Initiative e detiene la cattedra Howard H. e Maryam R. Newman in Biologia vegetale. "Abbiamo identificato i fattori chiave che regolano la crescita delle piante durante le temperature calde, che ci aiuteranno a sviluppare colture più performanti per nutrire le generazioni future".

Altri autori includevano Björn Christopher Willige e Adam Seluzicki di Salk; Ondřej Novák dell'Università Palacký e Istituto di botanica sperimentale presso l'Accademia delle scienze ceca; e Karin Ljung dell'Università svedese di scienze agrarie. + Esplora ulteriormente

Come le piante si adattano rapidamente alle mutevoli condizioni ambientali