Un meccanismo biologico familiare alle persone che digiunano aiuta le radici delle piante a crescere forti. La scoperta degli scienziati dell'Università di Copenaghen fornisce una risposta a una domanda a lungo senza risposta e una comprensione più profonda delle "bocche" delle piante che possono aiutare a sviluppare colture resistenti al clima.
Immagina di mangiare con i piedi e di avere metà del corpo sotto terra. Questa è la vita della maggior parte delle piante, le cui radici sono le bocche attraverso le quali mangiano e bevono. Le radici servono anche per ancorare le piante e tenerle al sicuro dal vento e dalla pioggia. In effetti, le radici sono fondamentali per la vita di una pianta.
Ma molte cose restano sconosciute sulla vita delle piante. Come facciano a far crescere le loro radici in modo grande e forte è stato a lungo una questione e mancano pezzi chiave al puzzle.
In un nuovo studio pubblicato di recente, i ricercatori del Dipartimento di Biologia dell'Università di Copenaghen condividono la loro scoperta su come le piante controllano la crescita delle radici.
Si scopre che un benefico meccanismo di pulizia nelle cellule vegetali chiamato autofagia gioca un ruolo chiave. Lo stesso meccanismo esiste negli esseri umani e fa parte di una tendenza sanitaria popolare.
"Il digiuno è diventato popolare in quanto sembra avere una serie di effetti benefici per la salute negli esseri umani, poiché i periodi senza cibo inducono il corpo ad attivare processi di pulizia per smaltire vari prodotti di scarto nelle cellule. Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che lo stesso meccanismo, che esiste anche nel regno vegetale, svolge un ruolo vitale nella capacità delle radici delle piante di crescere e di assorbire acqua e sostanze nutritive per il resto della pianta," spiega il professore associato Eleazar Rodriguez del Dipartimento di Biologia, che ha condotto lo studio.
È noto da tempo che l'auxina, un ormone vegetale, controlla la crescita delle piante, compresa la crescita delle radici. L'auxina è il carburante per una sorta di "battito cardiaco" che batte in ogni punta della radice di una pianta. Circa ogni quattro-sei ore, i livelli di auxina e il battito cardiaco nelle radici di una pianta raggiungono un massimo che provoca la crescita di nuove radici.
"Il movimento di una radice è quasi come guardare un serpente che striscia in avanti alla ricerca di acqua e nutrimento nel terreno. E possiamo vedere che il battito cardiaco è più forte ogni volta che la radice si snoda", afferma Rodriguez.
Ma come le piante controllano il battito cardiaco in modo da ottimizzare la crescita delle radici è rimasta una domanda senza risposta. È qui che entra in gioco il meccanismo di pulizia interna della pianta.
"Nei nostri esperimenti, abbiamo disattivato il meccanismo di pulizia per comprenderne il significato. Immaginate se tutti i netturbini di Copenaghen entrassero in sciopero:non passerebbe molto tempo prima che i rifiuti riempissero le strade. La stessa cosa è accaduta nelle cellule vegetali, poiché i battiti cardiaci che guidano la crescita delle radici sono diventati molto più deboli e non sono più sincronizzati," spiega Rodriguez.
Ciò ha permesso ai ricercatori di concludere che il meccanismo di pulizia aiuta a mantenere i livelli di diversi componenti biochimici in perfetto equilibrio per fornire la crescita delle radici più efficiente.
Può aiutare a far germogliare nuove colture resistenti al clima
Secondo i ricercatori, le nuove conoscenze sulle radici delle piante potrebbero rivelarsi importanti nella lotta contro il cambiamento climatico. Periodi prolungati di siccità e inondazioni rappresentano una nuova normalità che pone maggiori esigenze in termini di sicurezza alimentare. In quanto tali, le radici delle colture, che devono essere in grado di crescere anche in queste condizioni difficili.
"Oggi sono disponibili numerosi metodi per modificare le caratteristiche genetiche delle piante. Questi possono essere utilizzati per far sì che le piante sviluppino radici più lunghe, più velocemente e, così facendo, diventino più resistenti alla siccità o alle inondazioni. Uno dei metodi prevede l'aiuto dei batteri che vivono in simbiosi con la pianta e possono far sì che la pianta cambi il suo modello di crescita. Diverse aziende in Danimarca stanno lavorando proprio adesso a questo scopo," spiega Ph.D. studente Jeppe Ansbøl coautore dello studio.
Secondo il ricercatore, le nuove conoscenze si applicano a tutte le piante da fiore e forse anche di più. In linea di principio, colture come pomodori, patate, riso, grano e mais potrebbero essere modificate per sviluppare radici più numerose e più dense, perché ora sappiamo come le piante fanno crescere le radici.
"Più radici hanno le piante, più acqua e sostanze nutritive possono assorbire, così le piante crescono meglio e più velocemente. Dipendiamo fortemente dalle piante perché ci nutrono, estraggono CO2 dall’atmosfera e producono l’ossigeno che respiriamo. Pertanto, è estremamente importante comprenderli appieno, e in questo senso abbiamo appena fatto un grande passo avanti", conclude Rodriguez.
Autofagia significa "automangiarsi" ed è un meccanismo chiave quando le piante sviluppano le radici. Per studiare il significato dell'autofagia, i ricercatori hanno sviluppato una pianta mutante di Arabidopsis (thale cress) in cui la sua autofagia era disabilitata.
Allo stesso tempo, hanno reso luminescente la proteina ARF7, che è la proteina che controlla le risposte dell'auxina e che i netturbini delle cellule vegetali ripuliscono per garantire una crescita ottimale delle radici. I netturbini dell'impianto raccolgono i rifiuti dalle cellule e li trasportano in una sorta di stazione di riciclaggio all'interno dell'impianto chiamata vacuolo.
"Quando abbiamo interrotto l'autofagia della pianta, c'erano rifiuti ovunque e siamo riusciti a rilevare la proteina ARF7 tra i rifiuti", afferma Rodriguez.
Ulteriori informazioni: Elise Ebstrup et al, L'autofagia selettiva di ARF7 mediata da NBR1 modula la ramificazione delle radici, Rapporti EMBO (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00142-5
Informazioni sul giornale: Rapporti EMBO
Fornito dall'Università di Copenaghen
