La resilienza delle piante si basa sulla capacità di percepire e rispondere all’ambiente. Dall'aria che respirano al terreno in cui crescono, le piante regolano la loro crescita per prosperare in condizioni specifiche. Ma alcuni cambiamenti ambientali non possono essere superati così facilmente. Guidato da Ryoung Shin, il team RIKEN CSRS si chiede cosa possiamo fare per aiutare le piante quando il loro ambiente viene contaminato da sostanze tossiche come il cesio.

In seguito al disastro della centrale nucleare di Fukushima Daiichi in Giappone nel 2011, gli scienziati hanno rivolto la loro attenzione alla comprensione di come le piante reagiscono al radiocesio, un elemento tossico rilasciato nell’ambiente dopo gli incidenti nucleari. Per crescere normalmente, le piante hanno bisogno di assorbire potassio dal terreno.

Tuttavia, quando è presente, il cesio coopta i canali o le aperture del potassio nella parete cellulare, bloccando l’assorbimento del potassio e ostacolando la crescita delle piante. Sorprendentemente, i tentativi passati di bloccare l’assorbimento del cesio modificando i canali del potassio hanno avuto la conseguenza inaspettata di interrompere la crescita delle piante ancor più di quanto osservato nelle piante carenti di potassio. Ciò ha portato i ricercatori a ipotizzare l'esistenza di percorsi unici specifici per l'accumulo di cesio.

Shin e il suo team hanno utilizzato il profilo del trascrittoma, un metodo all'avanguardia per esaminare l'attività genetica all'interno delle cellule vegetali in varie condizioni. Nel loro ultimo studio, pubblicato su Planta , i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione agli effetti del cesio.

Hanno confrontato la crescita e l'espressione genetica dell'Arabidopsis thaliana, una pianta comunemente studiata, in due condizioni di stress:basso contenuto di potassio e presenza di cesio. L'analisi del trascrittoma dei tessuti radicali cresciuti in condizioni di basso stress di potassio e cesio ha rivelato cambiamenti significativi nel metabolismo e nella segnalazione dell'acido abscissico (ABA).

Nello specifico, l'analisi ha mostrato che la segnalazione ABA era ridotta durante lo stress da cesio ma non durante lo stress da basso contenuto di potassio. Ciò ha portato i ricercatori a teorizzare che se fossero riusciti a forzare l'aumento della segnalazione ABA, le piante sarebbero meno vulnerabili alla contaminazione da cesio.

Come esperimento di prova, hanno testato piante mutanti in cui un importante regolatore ABA è inattivo. In queste piante manca il consueto freno sul percorso ABA, il che significa che la loro segnalazione ABA continua incontrollata a livelli elevati.

Questi mutanti hanno mostrato una maggiore crescita delle radici sotto stress da cesio, confermando l’importanza dell’ABA nel superare lo stress da cesio e sottolineando il suo ruolo critico nella resilienza delle piante. "Poiché la crescita dei germogli è correlata alla crescita delle radici, prevediamo che anche la crescita complessiva possa essere migliorata", afferma Shin, "anche se dovrà essere testata in laboratorio."

Con la modernizzazione che porta ad un aumento dell'inquinamento e al rilascio di composti tossici, comprendere la resilienza delle piante è fondamentale per salvaguardare la sicurezza alimentare e la salute dell'ecosistema.

"Questi risultati hanno profonde implicazioni per l'agricoltura sostenibile e la protezione dell'ambiente", afferma Shin. "Piuttosto che semplicemente bloccare l'assorbimento del cesio, che è legato all'assorbimento dei nutrienti, individuare vie di trasmissione alternative offre una strada promettente per migliorare la resistenza delle colture ai composti tossici. Il futuro dell'agricoltura è diventato molto più resiliente."