Ricercatori del Dipartimento di Scienze Vegetali, Università di Oxford, hanno scoperto un nuovo percorso biochimico nelle piante che hanno chiamato CHLORAD.

Manipolando il percorso CHLORAD, gli scienziati possono modificare il modo in cui le piante rispondono al loro ambiente. Per esempio, la capacità della pianta di tollerare stress come l'elevata salinità può essere migliorata.

I ricercatori sperano che i loro risultati, pubblicato in Scienza , aprirà la strada a nuove strategie di miglioramento delle colture, che sarà vitale di fronte alla prospettiva di garantire la sicurezza alimentare per una popolazione che si prevede raggiungerà quasi i 10 miliardi entro il 2050.

Il percorso CHLORAD aiuta a regolare le strutture all'interno delle cellule vegetali chiamate cloroplasti. I cloroplasti sono gli organelli che definiscono le piante. Insieme a molti altri metabolici, funzioni evolutive e di segnalazione, i cloroplasti sono responsabili della fotosintesi, il processo mediante il quale l'energia solare viene sfruttata per alimentare le attività cellulari della vita.

Di conseguenza, i cloroplasti sono essenziali, non solo per le piante ma anche per la miriade di ecosistemi che dipendono dalle piante, e per l'agricoltura.

I cloroplasti sono composti da migliaia di proteine ​​diverse, la maggior parte dei quali sono prodotti altrove nella cellula e importati dall'organello. Queste proteine ​​devono essere tutte regolate con molta attenzione per garantire che l'organello continui a funzionare correttamente. Il percorso CHLORAD agisce rimuovendo ed eliminando le proteine ​​dei cloroplasti non necessarie o danneggiate; da qui il nome CLORAD, che sta per "degradazione proteica associata al cloroplasto".

Professor Paul Jarvis, ricercatore capo, ha dichiarato:"Due decenni dopo l'identificazione del meccanismo di importazione delle proteine ​​dei cloroplasti, che fornisce nuove proteine ​​ai cloroplasti, la nostra scoperta del percorso CHLORAD rivela per la prima volta come l'individuo, le proteine ​​indesiderate vengono rimosse dai cloroplasti».

Ricercatore, Dottor Qihua Ling, ha dichiarato:"I nostri studi precedenti hanno dimostrato che le proteine ​​nelle membrane dei cloroplasti vengono digerite da un sistema di degradazione proteica al di fuori dei cloroplasti. Così, la domanda chiave era:come vengono estratte le proteine ​​dei cloroplasti dalla membrana per consentire che ciò accada? La nostra scoperta del sistema CHLORAD risponde a questa domanda, e abbiamo identificato due nuove proteine ​​che agiscono nel processo.'

co-ricercatore, Il dottor William Broad, ha aggiunto:"I cloroplasti sono organelli eucarioti che hanno avuto origine più di un miliardo di anni fa da batteri fotosintetici, da un processo chiamato endosimbiosi. Sorprendentemente, il sistema CHLORAD contiene un mix di componenti di origine eucariotica e batterica. Questo fornisce un affascinante esempio di come le cellule ospiti eucariotiche si siano evolute gradualmente, cooptare gli strumenti disponibili in modi nuovi, per governare i loro organelli endosimbiotici.'

Peter Burlinson, Frontier Bioscience Lead presso il Consiglio di ricerca sulle biotecnologie e le scienze biologiche, ha dichiarato:"La scoperta di questo percorso biochimico è un buon esempio di come le intuizioni della ricerca fondamentale in biologia vegetale possano rivelare potenziali nuove strategie per sviluppare colture più produttive e resistenti. Questo aiuta a illustrare il valore della scienza di base nel contribuire ad affrontare le principali sfide globali, tra cui una popolazione globale in aumento, stress ambientali e una maggiore domanda di garantire la sicurezza alimentare.'

Entro il 2050, l'attuale livello di produzione alimentare deve aumentare di almeno il 70% per soddisfare le esigenze di una popolazione mondiale in crescita e spostare le preferenze alimentari verso più prodotti animali, mentre il 38% della terra mondiale e il 70% dell'acqua dolce sono già utilizzati per l'agricoltura. stress abiotici, compresa la siccità, alte e basse temperature, salinità del suolo, carenze nutrizionali, e metalli tossici, sono la principale causa di perdita di rendimento, diminuzione della produttività delle colture del 50-80% a seconda della coltura e della posizione geografica.

Così, lo sviluppo di colture resistenti allo stress che possono avere rese stabili in condizioni di stress è una strategia importante per garantire la futura sicurezza alimentare. Questa necessità è particolarmente urgente considerando l'aumento della frequenza di condizioni meteorologiche estreme che accompagnano il cambiamento climatico globale, che causano stress ambientali più gravi, epidemie più frequenti di malattie delle piante, e ridotta resa e qualità del raccolto.

Innovazione dell'Università di Oxford (OUI), il braccio di commercializzazione della ricerca dell'Università, sta gestendo la tecnologia.