Condizioni ambientali sfavorevoli rappresentano un notevole stress per le piante. Un alto contenuto di sale (cloruro di sodio, NaCl) nel terreno è proprio un tale fattore di stress che ha un impatto negativo sulle piante. La salinizzazione è un problema serio in agricoltura soprattutto nelle regioni aride del mondo. I biologi dell'Università di Münster hanno ora scoperto, per la prima volta, che lo stress salino innesca segnali di calcio in uno speciale gruppo di cellule nelle radici delle piante e che questi segnali formano una "nicchia di rilevamento del sodio". Inoltre, i ricercatori hanno identificato una proteina legante il calcio (CBL8) che contribuisce alla tolleranza al sale in particolare in condizioni di stress salino grave. I risultati dello studio sono stati ora pubblicati sulla rivista Developmental Cell .

Lo stress salino è causato dall'accumulo di eccessive concentrazioni di sale nel terreno. Questo inibisce la crescita delle piante e alla fine può portare alla morte della pianta. Per questo motivo, i ricercatori vegetali sono interessati a comprendere meglio lo stress salino per allevare piante tolleranti al sale. Il Prof. Jörg Kudla e il suo team dell'Istituto di Biologia e Biotecnologia delle Piante dell'Università di Münster hanno studiato il modo in cui le piante misurano l'intensità dello stress salino e come reagiscono ad esso. La pianta modello che hanno usato per i loro test era il thale cress (Arabidopsis thaliana), che è un membro del più grande gruppo di piante da fiore:le crucifere o Brassicaceae. Questi includono molte piante alimentari e foraggere come cavoli, senape e ravanelli.

"Prima di tutto", dice Jörg Kudla, "abbiamo esaminato le radici di Arabidopsis per vedere se avessero qualche tipo di cellula che reagisse soprattutto allo stress salino, o se l'intera radice avrebbe mostrato una reazione uniforme. Abbiamo anche condotto indagini per vedere se l'intensità dello stress salino si rifletteva quantitativamente nell'intensità del segnale di calcio".

Il risultato ha sorpreso gli esperti:sebbene l'intero apparato radicale della pianta fosse esposto allo stress, solo un gruppo specifico di cellule ha reagito e solo questo gruppo ha formato un cosiddetto segnale di calcio oligocellulare. Questo gruppo di cellule si trova nella zona di differenziazione della radice della pianta ed è formato da poche centinaia di cellule. Solo per fare un paragone:una radice ha molte migliaia di cellule. I ricercatori chiamano quest'area la "nicchia sensibile al sodio".

"Questo gruppo di cellule", spiega Kudla, "non è visibile e possiamo distinguerle funzionalmente da altre cellule solo per mezzo della tecnologia dei biosensori ad alta risoluzione. È stata una scoperta casuale che è stata estremamente rivelatrice e significativa". Il motivo è che è in queste cellule funzionalmente specializzate che si forma il segnale primario del calcio. Nel processo, i biologi vegetali hanno scoperto che maggiore è il livello di stress salino, più forte è il segnale di calcio.

In altre parole, la pianta è in grado di fornire informazioni all'organismo sull'intensità dello stress incontrato. Ciò ha portato alla domanda su come le cellule vegetali possano distinguere tra segnali di calcio deboli e forti per poter reagire di conseguenza. Generalmente, i segnali di calcio sono decodificati da varie proteine ​​che legano il calcio che agiscono come sensori di calcio.

Proteine ​​CBL importanti per la tolleranza al sale

Nelle piante, questo importante compito è spesso svolto dalle cosiddette proteine ​​CBL (calcineurina B-like). È noto da tempo che la proteina CBL4 è importante per la tolleranza al sale e che i mutanti corrispondenti senza alcuna proteina CBL4 funzionante sono estremamente sensibili allo stress salino. Nel loro lavoro, i ricercatori hanno scoperto che anche i mutanti di un'altra proteina CBL, CBL8, hanno una ridotta tolleranza al sale. Tuttavia, i mutanti cbl8, in contrasto con i mutanti cbl4, hanno mostrato un'inibizione della crescita solo in condizioni di forte stress salino. Dopo aver effettuato analisi biochimiche, i ricercatori hanno scoperto che un'elevata concentrazione di calcio attiva la proteina CBL8, mentre la proteina CBL4 è attiva anche a concentrazioni più basse di calcio. "È solo in condizioni di elevato stress salino che CBL8 aiuta a pompare il sale fuori dalla pianta", spiega la dott.ssa Leonie Steinhorst, anche lei coinvolta nello studio. "È una specie di meccanismo di commutazione controllato dalla concentrazione di calcio."

Un aspetto interessante che i biologi hanno scoperto a questo proposito è l'evoluzione delle proteine ​​CBL. La maggior parte dei tipi di cereali, come mais, frumento e orzo, sono cosiddetti monocotiledoni. Hanno solo la proteina CBL4, in altre parole, mancano di questo meccanismo di commutazione per adattarsi a un grave stress salino. Esistono anche dicotiledoni, come tabacco e pomodori, ed è stato possibile dimostrare in questo caso che la duplicazione genica è avvenuta all'inizio del processo evolutivo e che CBL8 si è sviluppato da questo. Di conseguenza, queste piante hanno avuto una migliore opportunità di reagire allo stress salino.

"Quindi un approccio interessante", afferma Jörg Kudla, "sarebbe quello di introdurre la proteina CBL8 nei monocotiledoni in modo che anche loro possano adattarsi meglio allo stress salino. È probabile che in futuro questa sia una misura sempre più importante per i coltivatori di piante al fine di affrontare meglio la siccità e lo stress salino."

La microscopia ad alta risoluzione, utilizzando la tecnologia dei biosensori molecolari del calcio nelle piante, ha permesso di scoprire i segnali oligocellulari del calcio già descritti. Questi biosensori visualizzano i cambiamenti nelle concentrazioni di sostanze bioattive come il calcio nelle cellule e nei tessuti. Questi studi che coinvolgono la tecnologia dei biosensori in vivo sono stati combinati con altri metodi genetici, biologici cellulari e biochimici per chiarire in dettaglio i meccanismi sottostanti. + Esplora ulteriormente

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