Le piante, come altri organismi, possono essere gravemente colpite dallo stress da calore. Per aumentare le loro possibilità di sopravvivenza, attivano la risposta allo shock termico, un percorso molecolare utilizzato anche dalle cellule umane e animali per la protezione dallo stress. I ricercatori dell'Università tecnica di Monaco (TUM) hanno ora scoperto che gli ormoni steroidei vegetali possono promuovere questa risposta nelle piante.

Potrebbe essere difficile da ricordare in inverno, ma luglio 2021 è stato il mese più caldo mai documentato. Negli Stati Uniti, la temperatura media è stata superiore alla media di luglio di 2,6 gradi Fahrenheit e molti paesi dell'Europa meridionale hanno visto temperature superiori a 45 gradi Celsius, inclusa una temperatura massima di tutti i tempi di 48,8 gradi Celsius registrata sulla costa orientale della Sicilia in Italia.

Negli ultimi decenni si è assistito a un aumento dell'incidenza di ondate di calore con livelli record in tutto il mondo, e questo è visto come risultato del cambiamento climatico. Le ondate di calore si sono verificate più frequentemente, sono state più calde e sono durate più a lungo con gravi conseguenze non solo per gli esseri umani e gli animali, ma anche per le piante. "Lo stress da caldo può influire negativamente sulle piante nei loro habitat naturali e destabilizzare gli ecosistemi, riducendo drasticamente i raccolti, minacciando così la nostra sicurezza alimentare", afferma Brigitte Poppenberger, professoressa di Biotecnologia delle colture orticole.

Le cellule attivano un percorso di difesa molecolare per la protezione dallo stress termico

Per sopravvivere a brevi periodi di stress da calore, le piante attivano un percorso molecolare chiamato risposta allo shock termico. Questa risposta allo shock termico (comune a tutti gli organismi) protegge le cellule dai danni inflitti dallo stress proteotossico, che danneggia le proteine. Tale stress non è solo causato dal calore, ma può anche derivare dall'esposizione a determinate tossine, luce UV o salinità del suolo.

La risposta allo shock termico protegge le cellule in vari modi, uno dei quali è la produzione delle cosiddette proteine ​​​​da shock termico, che fungono da scudi molecolari che proteggono le proteine ​​prevenendo il ripiegamento errato.

I brassinosteroidi possono aumentare la resistenza allo stress termico delle piante

Le piante rispondono allo stress da calore attivando fattori di shock termico e anche altri attori molecolari. In particolare, sono coinvolti gli ormoni come messaggeri chimici. Tra gli ormoni prodotti dalle piante ci sono i brassinosteroidi, che ne regolano principalmente la crescita e lo sviluppo. Ma, oltre alle loro proprietà di promozione della crescita, i brassinosteroidi hanno altre abilità interessanti, una delle quali è la loro capacità di aumentare la resistenza allo stress termico delle piante, e i ricercatori del TUM hanno recentemente scoperto cosa contribuisce a questa capacità protettiva.

Utilizzando la pianta modello Arabidopsis thaliana, un gruppo di ricerca guidato dalla prof.ssa Brigitte Poppenberger è stato in grado di chiarire come uno specifico fattore di trascrizione, una proteina speciale responsabile dell'attivazione o disattivazione di determinate sezioni del DNA, sia regolato dai brassinosteroidi. Questo fattore di trascrizione, chiamato BES1, può interagire con i fattori di shock termico consentendo in tal modo di indirizzare le informazioni genetiche verso una maggiore sintesi di proteine ​​​​da shock termico.

Quando l'attività di BES1 aumenta, le piante diventano più resistenti allo stress da calore e quando diminuisce, diventano più sensibili ad esso. Inoltre, il gruppo ha dimostrato che BES1 è attivato dallo stress da calore e che questa attivazione è stimolata dai brassinosteroidi.

Potenziali applicazioni in agricoltura e orticoltura

"Questi risultati non sono solo di interesse per i biologi che cercano di ampliare la nostra comprensione della risposta allo shock termico, ma hanno anche un potenziale per un'applicazione pratica in agricoltura e orticoltura", afferma il prof. Poppenberger.

Sono disponibili biostimolanti contenenti brassinosteroidi e possono essere testati per la loro capacità di aumentare la resistenza allo stress termico nelle piante. Tali sostanze sono prodotti naturali approvati per l'agricoltura biologica e quindi utilizzabili senza problemi. In alternativa, BES1 potrebbe essere un bersaglio interessante per gli approcci di allevamento. Questo potrebbe essere utilizzato per creare varietà più resistenti allo stress da calore e quindi fornire raccolti più stabili in caso di future ondate di calore.