Il team, co-guidato dall’Università della California, Riverside, e dal Boyce Thompson Institute, ha scoperto che una singola mutazione in un gene regolatore consente alle radici della pianta modello Arabidopsis thaliana di crescere normalmente anche in terreni altamente acidi, condizioni che tipicamente ostacolano la crescita. la crescita della pianta e limitare l'assorbimento di nutrienti e acqua.
I risultati, pubblicati oggi sulla rivista Nature Plants, potrebbero portare allo sviluppo di colture più tolleranti ai terreni acidi, contribuendo così ad aumentare la produzione alimentare e ad alleviare la fame globale, ha affermato Long Jiang, biologo vegetale dell’UCR, che ha co-diretto lo studio.
L’alluminio è il terzo elemento più abbondante nella crosta terrestre e i terreni altamente acidi contenenti alluminio sono diffusi in molte parti del mondo. I terreni acidi possono derivare dagli agenti atmosferici naturali e possono essere esacerbati dalle attività umane, come l’uso eccessivo di fertilizzanti azotati.
Gli effetti tossici dell’alluminio sulle piante sono ben documentati, tra cui una crescita stentata delle radici, un ridotto assorbimento di acqua e sostanze nutritive e l’inibizione della divisione e dell’espansione cellulare. Questi effetti possono avere un impatto grave sulla resa e sulla qualità dei raccolti, ponendo sfide significative alla sicurezza alimentare globale.
Nonostante la prevalenza e l’impatto della tossicità dell’alluminio nel suolo, i meccanismi molecolari alla base della tolleranza all’alluminio nelle piante non sono ben compresi. Per colmare questa lacuna di conoscenze, Jiang e il suo team hanno deciso di studiare il modo in cui le piante di Arabidopsis rispondono allo stress dell’alluminio.
Utilizzando un approccio di screening genetico, i ricercatori hanno identificato un singolo gene, denominato ART1 (ALUMINIUM RESPONSE TRANSCRIPTION FACTOR 1), che svolge un ruolo cruciale nella tolleranza all’alluminio. ART1 codifica per un fattore di trascrizione, una proteina che regola l'espressione di altri geni.
I ricercatori hanno scoperto che una singola mutazione nel gene ART1 ha portato ad una maggiore tolleranza allo stress da alluminio nelle piante di Arabidopsis. Le radici delle piante mutanti hanno mostrato una crescita e uno sviluppo normali anche in terreni altamente acidi, in contrasto con le radici rachitiche delle piante selvatiche.
Ulteriori esperimenti hanno rivelato che ART1 regola l’espressione di molteplici geni coinvolti nella disintossicazione dall’alluminio, nello sviluppo delle radici e nell’omeostasi cellulare. Alterando l'espressione di questi geni, ART1 aiuta le piante a far fronte allo stress da alluminio e a mantenere la crescita delle radici.
"I nostri risultati forniscono nuove informazioni sui meccanismi molecolari della tolleranza all'alluminio nelle piante", ha affermato Jiang. “Manipolando l’attività ART1, potrebbe essere possibile sviluppare colture con una maggiore tolleranza ai terreni acidi, il che potrebbe avere un impatto significativo sulla produzione alimentare e sulla sicurezza alimentare globale”.
Lo studio è stato sostenuto da sovvenzioni della National Science Foundation, del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e del China Scholarship Council.
