Dhananjay Gotarkar, ricercatore post-dottorato di RIPE, che ha condotto questo studio, raccogliendo campioni di dischi fogliari da semi di soia coltivati sul campo prima del trasporto in un laboratorio dove il rilassamento NPQ viene misurato in un flurometro PAM vicino. Credito:JoVE
Le piante trascorrono tutto il giorno a creare cibo dalla luce solare utilizzando la fotosintesi, un processo in più di 100 fasi su cui i ricercatori hanno lavorato per migliorare la sua efficienza nelle colture per fornire in definitiva una maggiore resa. Quando le foglie dei raccolti sono in pieno sole, come nei campi aperti, le loro molecole di clorofilla verde ricevono più energia luminosa di quella che possono utilizzare. Se questa energia non viene dissipata dalle molecole, reagiranno con l'ossigeno per produrre agenti sbiancanti che possono distruggere la foglia, costando alle piante fino al 10-30% della loro capacità di fotosintetizzare.
Le piante, tuttavia, si sono evolute per sviluppare diversi meccanismi fotoprotettivi per prevenire i danni, chiamati estinzione non fotochimica (NPQ) degli stati di clorofilla eccitata. Accelerando il processo di rilassamento dell'NPQ, i ricercatori potrebbero potenzialmente aumentare l'efficienza della fotosintesi nelle colture.
In uno studio recente, pubblicato nel Journal of Visualized Experiments , ricercatori RIPE dell'Università dell'Illinois e dell'Università di Cambridge hanno riportato un metodo ad alto rendimento per lo screening dei tassi di rilassamento NPQ nelle piante coltivate in campo, con il potenziale per aiutare l'identificazione di genotipi con caratteristiche benefiche sviluppando un impulso modulato in ampiezza (PAM) analisi della fluorescenza della clorofilla.
"L'NPQ può essere misurato utilizzando una varietà di fluorimetri PAM disponibili in commercio, da semplici dispositivi portatili a sistemi chiusi più avanzati", ha affermato Dhananjay Gotarkar, ricercatore post-dottorato presso l'Illinois, che ha guidato questo lavoro per un progetto di ricerca chiamato Realizing Increased Photosynthetic Efficienza (MATURO). "C'è un limite all'utilizzo di molti di questi approcci a causa del suo throughput relativamente basso, che rende difficile lo screening di grandi raccolte di piante senza più dispositivi e un team di ricercatori".
RIPE è un progetto di ricerca internazionale che mira ad aumentare la produzione alimentare globale sviluppando colture alimentari che trasformano l'energia solare in cibo in modo più efficiente con il supporto della Bill &Melinda Gates Foundation, della Foundation for Food &Agriculture Research e del Regno Unito Foreign, Commonwealth &Development Ufficio.
Basandosi sulla ricerca precedente, il team ha utilizzato l'analisi della fluorescenza della clorofilla PAM dei dischi fogliari per lo screening ad alto rendimento dei tassi di rilassamento NPQ nella soia coltivata in campo che presenta il vantaggio chiave rispetto all'analisi sequenziale delle singole piante.
"Poiché le misurazioni convenzionali vengono eseguite su base per pianta, l'utilizzo di questa procedura apre la possibilità di testare centinaia di genotipi in un giorno e il potenziale per eseguire studi di associazione sull'intero genoma", ha affermato Steven Burgess, autore di questo studio. "Questo protocollo è progettato per analizzare la soia coltivata in campo, ma può essere modificato per il campionamento e la misurazione del materiale coltivato in serra o di altre piante superiori".
Nel loro articolo, il team di ricercatori ha delineato il protocollo dalla semina nell'estate del 2021 alla raccolta di campioni di foglie dal campo e all'elaborazione e misurazione dei dati di fluorescenza della clorofilla NPQ. Il team ha scoperto che per ottenere misurazioni affidabili di NPQ, è necessario prendere in considerazione diversi componenti, come la scelta e la gestione dei dischi foglia. Ad esempio, una manipolazione brusca con le pinzette potrebbe introdurre stress al tessuto fogliare e i tassi di attivazione e rilassamento di NPQ possono variare con l'età delle foglie e lo stadio di sviluppo della pianta, tutti elementi a cui prestare attenzione per ridurre il rumore sperimentale.
"Identificando i principali colli di bottiglia che ostacolano l'efficienza fotosintetica, possiamo capire come aiutare le piante a crescere in modo più produttivo", ha affermato Johannes Kromdijk, docente all'Università di Cambridge, che ha contribuito a questo studio. "Questo approccio prevede modi più rapidi per analizzare i dati e l'analisi della fluorescenza della clorofilla PAM è una tecnica potente per misurare l'efficienza fotosintetica, fornendoci un mezzo per misurare molti genotipi contemporaneamente". + Esplora ulteriormente
