Le piante che abitano la Terra hanno l'incredibile capacità di crescere continuamente per centinaia di anni, e sempre verso la luce del sole, che fornisce loro l'energia necessaria per germogliare.

Alla fonte di questa crescita ci sono i cambiamenti nel loro ambiente, come le variazioni di luce, temperatura e umidità. Ma i nuovi stimoli provenienti dagli attuali cambiamenti climatici stanno interrompendo la normale crescita delle piante.

Come dottorando in biochimica presso l'Università del Québec a Montréal, sono interessato alla struttura delle proteine ​​vegetali e studio i modi in cui le piante si adattano agli stress ambientali (siccità, freddo, carenze) a livello molecolare al fine di selezionare più resilienti varianti per l'agricoltura.

L'impareggiabile longevità di Pando

La foresta più antica del pianeta, chiamata Pando, ha 80.000 anni. Situato nello Utah, contiene 40.000 (cloni) geneticamente identici di pioppi tremuli o tremanti. La colonia comunica tramite un'unica rete radice.

Pando è considerato l'organismo vivente più antico del mondo. Questa colonia ebbe origine 30.000 anni prima del primo Homo sapiens stabilito in Europa. Pando, quindi, ha testimoniato la totalità della vita umana moderna:gli imperi di Cina e Roma, le guerre mondiali e anche le più grandi imprese dell'umanità.

Tuttavia, i pioppi della colonia non sono cresciuti senza sosta da 80.000 anni. Da un lato, il loro sviluppo è orchestrato dalle stagioni. D'altra parte, devono controllare la loro crescita evolutiva in base ai loro bisogni e alle capacità fisiche per far fronte alle aggressioni esterne. Interrompendo gli stimoli ambientali esterni, l'attuale crisi climatica influisce direttamente su questa normale regolamentazione della crescita.

Il segreto della crescita delle piante è sepolto nella cellula

Le piante formano nuovi organi come foglie, fiori o radici, secondo necessità per rispondere a uno stimolo esterno dall'ambiente. Ad esempio, un cambiamento nel periodo di esposizione alla luce durante la primavera innesca la fioritura.

Questi stimoli prendono di mira il DNA attivando geni specifici per lo sviluppo di ciascun organo per formare una pianta adulta. Il DNA è paragonabile a un dizionario di geni che contiene il codice per le peculiarità fisiche della pianta. Questi geni sono le parole viventi che devono essere lette per esprimere il loro significato e le informazioni che contengono.

Dalla germinazione dei semi alla riproduzione dei fiori e alla formazione di steli, radici e foglie, tutte le fasi dello sviluppo e della crescita delle piante sono dovute ad un fenomeno di lettura genica. Per leggere i geni sono necessari attivatori specifici per ciascuna delle parole. Se le condizioni ambientali cambiano e favoriscono la crescita, questi attivatori si posizionano nella parte anteriore del gene per leggerlo ed esprimerlo e portano alla crescita specifica dell'organo codificato dal gene.

Le proteine ​​della DELLA determinano la crescita

Le piante non possono permettersi di crescere indefinitamente a causa dei costi energetici della crescita. Inoltre, come gli animali che vanno in letargo, le piante smettono di crescere durante l'inverno, diventando dormienti per sopravvivere alla stagione. Per fare questo, le piante bloccano la lettura dei geni grazie a protezioni dette delle proteine.

Presenti solo nelle piante, queste proteine ​​sono state costanti nel corso dell'evoluzione. Si trovano in particolare nei muschi, nelle felci, nelle conifere e nelle piante da fiore. DELLA si trovano nel nucleo cellulare, il più vicino al DNA. Sono prodotti continuamente e possono bloccare gli attivatori genici.

Per maturare, le piante devono distruggere i DELLA per rilasciare gli attivatori. Le piante hanno sviluppato un sistema per etichettare queste proteine ​​per influenzare il loro destino nella cellula in base alle loro esigenze. Per degradare DELLAs, la cellula aggiunge una piccola proteina, chiamata ubiquitina, alla sua superficie. Ubiquitin agisce come un francobollo che dice alla cellula di consegnare i DELLA a una nuova destinazione, un "cestino cellulare", dove verranno degradati.

Lo stress climatico blocca DELLA degrado

Inondazioni o siccità stanno aumentando in tutto il pianeta. A causa della loro immobilità, le piante non possono sfuggire a questi attacchi esterni. Questi nuovi parametri ambientali stressano le piante selvatiche e le colture agricole interrompendone la crescita, il che significa che devono risparmiare energia per sopravvivere piuttosto che crescere e non devono degradare le proteine ​​DELLA.

Ciò richiede che le proteine ​​DELLA siano etichettate in un altro modo, attraverso un cugino dell'ubiquitina, che gli scienziati hanno chiamato SUMO. SUMO sostituisce l'ubiquitina e funge da salvagente in modo che non si degradi.

In effetti, l'etichettatura SUMO viene eseguita esattamente nello stesso punto in cui dovrebbe essere aggiunta l'ubiquitina. La presenza di SUMO non consente più l'aggiunta dell'ubiquitina, che consente alle piante di sopravvivere agli eventi climatici avversi.

Nell'attuale crisi climatica, è importante indagare e comprendere questo meccanismo di crescita delle piante nella speranza di mantenere la sostenibilità nelle colture agricole. I ricercatori stanno lavorando attivamente per isolare o selezionare piante in grado di attivare rapidamente SUMO per crescere in condizioni ambientali avverse.