Sebbene la pioggia sia essenziale per la sopravvivenza delle piante, contiene anche batteri e altri agenti patogeni che possono danneggiarli. Quindi, come fanno le piante a proteggersi da questa minaccia?

Un recente studio condotto da ricercatori e colleghi dell'Università di Nagoya ha rivelato che quando le piante sono esposte alla pioggia, le strutture simili a capelli sulla superficie fogliare chiamate tricomi riconoscono questa pioggia come un fattore di rischio per causare malattie e attivano il loro sistema immunitario per prevenire le infezioni. Questi risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications , potrebbe contribuire allo sviluppo di metodi per proteggere le piante dalle malattie infettive causate dalla pioggia.

Le piante hanno il loro sistema immunitario, proprio come gli esseri umani e altri organismi multicellulari. Quando le piante rilevano gli agenti patogeni, esprimono geni immuno-correlati per prevenire l'infezione. Le gocce di pioggia contengono agenti patogeni, come batteri, funghi filamentosi e virus, e quindi possono causare malattie nelle piante. Con questo in mente, i ricercatori hanno ipotizzato che le piante potrebbero riconoscere la pioggia come un fattore di rischio per la malattia e reagire per proteggersi in qualche modo da questo rischio.

Per scoprire come le piante rispondono alla pioggia, un gruppo di ricerca guidato dal professor Yasuomi Tada e dall'assistente del professor Mika Nomoto dell'Università di Nagoya ha condotto uno studio utilizzando piantine di Arabidopsis thaliana. Il team ha iniziato conducendo analisi di sequenziamento dell'RNA per esaminare quali geni sono espressi nelle foglie quando sono esposte alla pioggia. Hanno scoperto che molti dei principali geni immuno-correlati sono espressi in risposta alla pioggia e che questi geni sono regolati da geni immunosoppressori chiamati CAMTA (attivatori di trascrizione che legano la calmodulina).

Poiché i CAMTA sono controllati da ioni calcio (Ca ²⁺ ), il team ha ipotizzato che la pioggia serva ad aumentare Ca ²⁺ concentrazioni nelle cellule. Pertanto, hanno studiato come Ca ²⁺ i livelli nelle foglie di Arabidopsis cambiano in risposta alla pioggia introducendo GCaMP3 —un gene che diventa verde fluorescente quando legato a Ca ²⁺ —nelle foglie. Hanno scoperto che quando le foglie erano esposte alla pioggia, Ca ²⁺ i livelli intorno ai tricomi sulla superficie fogliare sono aumentati.

Il risultato ha suggerito che i tricomi percepiscono la pioggia come un fattore di rischio e inducono onde di calcio (trasmissione di aumenti localizzati di Ca ²⁺ a le aree circostanti) attraverso la foglia per inattivare l'immunosoppressore CAMTA e quindi attivare i geni immuno-correlati. Per confermare ciò, hanno poi condotto esperimenti allo stesso modo utilizzando mutanti di Arabidopsis privi di tricomi e i risultati hanno mostrato che la propagazione delle onde di calcio era compromessa nei mutanti.

"Da questi risultati, abbiamo confermato che i tricomi svolgono un ruolo nel percepire la pioggia come fattore di rischio e nell'attivare le risposte immunitarie", afferma il professor Tada. "I nostri risultati suggeriscono che potremmo essere in grado di migliorare artificialmente le capacità difensive delle piante contro le malattie in qualsiasi momento e per qualsiasi periodo di tempo. Utilizzando questa tecnologia, potremmo rendere possibile l'attivazione delle risposte immunitarie delle colture quando le condizioni ambientali sono abbastanza difficili da potrebbe causare malattie nelle piante, che potrebbero portare a raccolti stabili."

Il documento "Le cellule di tricomi meccanosensoriali evocano una risposta immunitaria indotta da stimoli meccanici in Arabidopsis thaliana " è stato pubblicato online sulla rivista Nature Communications l'8 marzo 2022.