Una biochimica della Purdue University e i suoi colleghi hanno aperto la strada a nuovi metodi per aumentare la produzione di composti volatili importanti per le difese delle piante e per l'uso nei biocarburanti, farmaci e altri prodotti. Durante lo studio di come le piante possono emettere questi composti in modo più efficiente, Il team di Natalia Dudareva ha anche scoperto un fattore imprevisto che gioca un ruolo nelle funzioni cellulari delle piante.

Il team di Dudareva aveva precedentemente analizzato l'emissione di composti volatili attraverso le membrane plasmatiche e stava lavorando per semplificare il passaggio attraverso la cuticola, una sostanza cerosa sulla superficie degli organi vegetali che fa parte delle difese di una pianta contro agenti patogeni e parassiti. La cuticola aiuta anche le piante a trattenere l'acqua, e allo stesso modo può intrappolare i composti volatili nei tessuti.

La soluzione, la squadra ha pensato, sarebbe quello di assottigliare la cuticola. Il laboratorio lo ha fatto rimuovendo manualmente parte della cuticola dai fiori di petunia e sviluppando petunie geneticamente modificate che avevano cuticole più sottili.

"Se la cuticola funge da barriera all'esterno di un fiore, logicamente penseresti che una cuticola più sottile renderebbe più facile il passaggio dei composti volatili delle piante, " disse Dudareva, un illustre professore di biochimica e direttore ad interim del Purdue Center for Plant Biology. "Abbiamo visto il contrario, però. L'assottigliamento della cuticola ha portato a una diminuzione delle emissioni di composti volatili e a una produzione ancora minore di questi composti nelle piante in generale".

Prima di queste scoperte, che sono stati pubblicati sulla rivista Natura chimica biologia , la cuticola non era nota per svolgere alcun ruolo nel metabolismo volatile interno. Il gruppo, che comprendeva anche il ricercatore post-dottorato in biochimica Pan Liao e lo studente laureato in ingegneria chimica Rick Ray, scoperto che il problema chiave è che i composti volatili idrofobici sono attratti dall'accumulo nella cuticola idrofoba, che impedisce l'accumulo cellulare interno.

"Quando abbiamo reso la cuticola più sottile, abbiamo ridotto la quantità di storage volatile, " ha detto Joseph Lynch, un ricercatore nel laboratorio di Dudareva. "Senza un posto dove andare, produrre la stessa quantità di sostanze volatili sarebbe stato tossico per la pianta. Le cellule dovevano ridurre la produzione di sostanze volatili o morire".

Giovanni Morgana, professore di ingegneria chimica, ha affermato che i risultati hanno permesso al team di coniare il termine "fattore di emissione volatile, " che è il rapporto tra il tasso di volatili emessi e il tasso di volatili sintetizzati nella pianta. Il parametro dovrebbe essere applicabile a qualsiasi pianta volatile.

"Noi ingegneri chimici siamo entusiasti dei numeri adimensionali, e abbiamo avuto l'opportunità di svilupparne uno qui, " ha detto Morgan. "Speriamo che le persone adottino questo nel loro lavoro".

Andando avanti, Dudareva e il suo team continueranno a lavorare su metodi per aumentare l'emissione di composti volatili nelle piante, compreso lo studio di come l'ispessimento della cuticola potrebbe influenzare la produzione e le emissioni.

"Abbiamo imparato che la cuticola è un lavandino, e se non hai quel lavandino, le cellule interrompono la produzione di quei volatili, " Ha detto Dudareva. "Questo rende l'aumento delle emissioni più complicato di quanto si pensasse una volta, ma fa luce sui fattori che possono influenzare la produzione di questi composti".