Uno studio internazionale condotto dall'Università di Bonn ha ora dimostrato l'importante ruolo del sistema radicale delle piante nel mais, una coltura che può crescere con successo in condizioni locali molto diverse.
Per lo studio, i ricercatori hanno analizzato più di 9.000 varietà e sono stati in grado di dimostrare che le loro radici variavano considerevolmente, a seconda di quanto fosse secco il luogo in cui veniva coltivata ciascuna varietà.
Sono stati anche in grado di identificare un gene importante che svolge un ruolo nella capacità di adattamento della pianta. Questo gene potrebbe essere la chiave per sviluppare varietà di mais in grado di far fronte meglio ai cambiamenti climatici.
Questi risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Genetics .
È una pianta cespugliosa con fusti molto ramificati. Dalle ascelle delle loro foglie allungate crescono orecchie lunghe un dito e ognuna di esse è costituita da una dozzina di semi duri come la roccia. Bisogna guardare molto da vicino per riconoscere la parentela con una delle piante coltivate più importanti del mondo. Eppure gli esperti sono tutti concordi nel ritenere che il genere teosinte sia la forma ancestrale di tutte le moderne varietà di mais.
Gli agricoltori del Messico sudoccidentale iniziarono a selezionare la progenie delle piante di teosinte che producevano la maggior parte dei cereali, e i cereali più gustosi, più di 9.000 anni fa. Le moderne colture di mais sono state coltivate in questo modo nel corso di molte generazioni e ora il mais viene coltivato in tutti i continenti.
"Sappiamo che l'aspetto delle piante è cambiato in modo significativo durante questo periodo e, ad esempio, le pannocchie sono diventate molto più grandi e più prolifiche", spiega il Prof. Dr. Frank Hochholdinger dell'Istituto di scienza delle colture e conservazione delle risorse (INRES) presso l'Università di Bonn.
"Finora si sa tuttavia relativamente poco su come si sia sviluppato il sistema radicale durante questo periodo di domesticazione e successivamente."
Radici nei sigari di carta
Ora la situazione è cambiata grazie al nuovo studio. Negli ultimi otto anni, i gruppi di ricerca partecipanti hanno studiato circa 9.000 varietà di mais e 170 varietà di teosinte in tutto il mondo. I ricercatori hanno raccolto i semi e li hanno posizionati su una speciale carta marrone, che è stata poi arrotolata a forma di sigaro e conservata in posizione verticale in stretti bicchieri di vetro.
"Circa 14 giorni dopo la germinazione, abbiamo srotolato la carta in modo da poter osservare il primo sviluppo delle radici senza l'interferenza del terreno aderito ad esse", spiega Hochholdinger.
In collaborazione con un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Robert Koller (Forschungszentrum Jülich), i ricercatori hanno studiato anche la crescita delle radici nel terreno. A questo scopo hanno utilizzato un metodo più comunemente conosciuto nel campo della medicina:la risonanza magnetica.
I risultati hanno mostrato come la struttura delle radici sia cambiata radicalmente durante la domesticazione del teosinte nel mais coltivato.
"Nelle varietà di mais, spesso troviamo radici seminali subito dopo la germinazione, con fino a 10 o più di queste radici in alcune varietà", spiega il dottor Peng Yu, che è a capo di un gruppo di ricerca Emmy Noether presso l'INRES e ha recentemente ha accettato l'offerta di una cattedra alla TU di Monaco. "Questo non è il caso del teosinte."
In condizioni ottimali le radici seminali danno alle piantine un primo vantaggio:consentono loro di assorbire molto rapidamente grandi quantità di sostanze nutritive dal terreno. "Tuttavia, abbiamo notato che un altro tipo di radice, le radici laterali, ne soffre," afferma Yu.
Le radici laterali sono particolarmente importanti per l'assorbimento dell'acqua perché allargano notevolmente la superficie radicale. Questo è probabilmente il motivo per cui il numero di radici seminali varia notevolmente a seconda della varietà:le varietà di mais che si sono adattate alle condizioni di siccità sviluppano molte meno radici seminali e più radici laterali. In passato, quando si selezionavano queste varietà, gli agricoltori selezionavano inconsapevolmente le piante che hanno portato allo sviluppo di questa struttura radicale.
I ricercatori hanno anche studiato quale materiale genetico fosse responsabile della crescita delle radici seminali e sono stati in grado di identificare più di 160 geni candidati. "Abbiamo poi studiato uno di questi geni denominato ZmHb77 in modo più dettagliato", afferma Hochholdinger. "Abbiamo notato che le piante con questo gene sviluppavano più radici seminali e allo stesso tempo meno radici laterali."
I ricercatori hanno deliberatamente disattivato questo gene in alcune piante e sono riusciti a modificare la struttura delle radici in modo che potessero tollerare meglio i periodi di siccità. "Questo gene è quindi importante per la selezione di varietà resistenti alla siccità", spiega il ricercatore. "In considerazione del cambiamento climatico, queste varietà diventeranno sempre più importanti se vogliamo evitare sempre più fallimenti dei raccolti in futuro."
Ulteriori informazioni: Peng Yu et al, Adattamento del sistema radicale delle piantine alla disponibilità di acqua durante la domesticazione del mais e l'espansione globale, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01761-3
Informazioni sul giornale: Genetica della natura
Fornito dall'Università di Bonn
